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隧洞设计|世界最长海底高铁隧道技术方案出炉

继港珠澳大桥后，又一项超级跨海工程准备开建——
世界最长海底高铁隧道技术方案出炉
隧洞设计|世界最长海底高铁隧道技术方案出炉
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非火灾工况金塘海底隧道内停车疏散效果图 。
受访者供图
本报采访人员 矫 阳
继港珠澳大桥后，又一项挑战世界难题、突破科技壁垒的超级跨海工程——甬（宁波）舟（舟山）铁路项目准备开建 。“全线控制性工程——金塘海底隧道，全长16.2公里，海底盾构段长10.87公里，最大埋深78米，直径14米 。建成后将刷新世界纪录 。”中国铁建第四勘察设计院集团公司（以下简称铁四院）金塘海底隧道项目负责人唐雄俊告诉科技日报采访人员 。
【隧洞设计|世界最长海底高铁隧道技术方案出炉】7月底，历经2年多，由铁四院勘察设计的“隧道风险评估与金塘海底隧道关键技术方案”，通过了以中国工程院院士钱七虎为组长的专家组评审，标志着这条世界最长海底高铁隧道，技术方案已准备就绪 。
看似简单增加长度，实则挑战科技极限
甬舟铁路全长77公里，设计时速250公里，主体工程采用桥+隧组合，被誉为“铁路版港珠澳大桥” 。宁波北仑至金塘岛，设计为海底隧道；金塘岛至舟山岛，设计为主跨1488米的特大桥 。
“港珠澳大桥越海隧道全长6.7公里，属沉管公路隧道，而金塘隧道是高铁盾构隧道，16.2公里占全线五分之一里程，都将沉在东海 。”唐雄俊说，长度的简单增加看似轻松，工程背后从量变到质变的难度跨越，挑战着科技极限 。
据唐雄俊介绍，金塘海底隧道主要面临如下技术挑战 。
首先是地质条件差 。隧道海中段位于岩土复合地层，硬岩与粉质黏土，使地层软硬不均，区域共有9处断层，6处节理密集带 。盾构机在这样的地层掘进，硬岩加快磨损刀具，粉质黏土又结成泥饼贴在刀盘上，大大增加了大直径、长距离、高水压更换刀具的风险和施工难度 。
其次是水压高 。相比港珠澳大桥隧道海底埋深40多米，甬舟铁路金塘盾构隧道需承受78米的最大海底埋深，海水压力高达1.0兆帕（MPA）以上，而目前国内水下施工技术水平可承受的压力为0.8MPA 。
再有是防灾救援难度大 。世界已建成的铁路海底隧道均采用一条线路、两个隧洞设计，一旦出现灾情事故，可利用两个隧洞互相疏散 。受地质条件所限，金塘隧道则采用单洞设计，且海中段长约9公里，无法设置直通地面的出入口，对隧道内的防灾救援设计难度极大，要求极高 。
此外，还面临海中对接难度大 。金塘隧道建设采用两头盾构掘进、中途对接贯通模式，宁波侧4920米，金塘侧约5950米 。长距离相向掘进，对接精度要求更高，技术更复杂 。
进行勘察设计尝试，探索最先进的技术
面对诸多技术挑战，2017年，铁四院成立了以全国勘察设计大师、副总工程师肖明清为首的设计团队，立项“隧道风险评估与金塘海底隧道关键技术方案”，初设14个课题 。
勘察设计尝试探索了诸多最先进的技术手段和理念 。
“为详细收集海域地质资料，隧道加大了钻孔采样密度，平均30米一个孔 。而此前铁路地质勘探基本为50米—100米 。”唐雄俊说，金塘海域还是宁波港黄金航道，这也加大了钻孔难度 。因此，勘探首次采用了三维物探、海上钻井平台以及智能化勘察手段 。
针对含粉质黏土、凝灰岩又有多处断层的软硬不均的复杂地质，盾构隧道采用单洞双线不设隔墙横断面，设计研发团队专门进行了盾构选型专题的研究，经反复比选、模拟计算和验证，设计出适合该地质的盾构刀具参数 。
长距离海底两头掘进，怎样保证精准对接？
唐雄俊说：“通过对国内外对接案例的调研，对海底对接位置、对接段不同衬砌结构形式的受力与变形、不同加固方案围岩稳定性、盾构对接精度及姿态控制进行了研究，最后根据实际情况，做出洞外贯通中误差18毫米、洞内贯通中误差17毫米或洞内外贯通中误差25毫米的设计 。”
隧道设计为单洞双线，防灾检修通道利用双线轨道之间下方的空间，设置疏散与检修廊道，这也是铁路建设中首次采用的设计方案 。
除金塘海底隧道外，甬舟铁路桥+隧组合中的“一桥”，即主跨1488米的西堠门特大桥，将突破不久前通车的沪通铁路大桥单跨1092米纪录，成为世界同类项目中跨度最大的公铁合建大桥 。
甬舟铁路建成后，将结束舟山群岛不通火车的历史，届时从宁波到舟山只要30分钟，从杭州至舟山只需80分钟 。专家表示，该项目的建设，将使我国隧道、桥梁设计水平提升到一个新高度 。
【编辑:卞立群】


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