甬舟铁路准备开建!世界最长海底高铁隧道,技术方案准备好了
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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(铁四院)金塘海底隧道项目负责人唐雄俊告诉记者。


7月30日,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。


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。

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。


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1.0MPA以上,而目前国内水下施工技术水平可承受的压力为0.8MPA。


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。

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。


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,桥隧可研40余个专题。


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,加大了钻孔难度,勘探首次采用了三维物探、海上钻井平台以及智能等勘察手段。

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,设计研发团队专门开展一个盾构选型专题,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?

“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。

(非火灾工况隧道内停车疏散效果图)

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,是铁路首次采用。

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。


来源:科技日报