穿越山城江水 助力八纵八横
探访我国首条穿越长江高铁隧道
(相关资料图)
重庆至黔江铁路2标项目局部示意图，其中盾构段全长3845米。（受访对象 提供）
工作人员正在启动“长江号”盾构机。刘福昌 摄
工作人员在“长江号”盾构机内部进行调试验收。刘福昌 摄
山体洞室内，正在组装中的“长江号”盾构机。孙圣瑞 摄
盾构施工段穿越地层示意图，其中穿越长江水域段长1282米。（受访对象 提供）
渝湘高铁重庆长江隧道“长江号”盾构机日前在重庆南山149米深的洞室内徐徐转动刀盘，启动难度最大的穿江作业，标志着全国首条穿越长江高铁隧道正式进入盾构掘进施工阶段。
渝湘高铁是“八纵八横”高铁网中厦渝通道的重要组成部分，全长近800公里。其中新建重庆至黔江铁路，正线全长269.5公里，设计时速350公里，从重庆站引出，止于黔江区，是成渝城市群、长江中游城市群、海西城市群间高速客运交流的通道。项目建成后，将有效缩短成渝两地通勤时间，极大方便市民出行，有效实现成渝地区双城经济圈与海峡西岸经济区、长三角经济圈、京津冀的快捷联系。
作为我国第一条穿江高铁隧道，也是全国最长的水下高铁隧道，重庆长江隧道的设计和建设克服了哪些难点？背后依靠哪些技术支撑？让我们一起走近“万里长江高铁第一隧”，探寻其中的奥秘。
“万里长江高铁第一隧”
穿越“山、城、江、水”，面临着不良地质、有害气体、高强水压、噪音控制等多方面因素挑战
在重庆，长江有着举足轻重的地位，交通基础设施建设的一个重要特点就是过江。逢山开路、遇水架桥，“桥都”重庆拥有数十座跨江大桥，而横跨长江的高铁隧道，却是第一次建设。
从2020年9月16日正式开工建设至今，重庆长江隧道工程的建设已有近三个年头。对于“基建大国”来说，要建一条穿越长江的隧道，难度何在？
穿越“山、城、江、水”，是重庆长江隧道面对的四种环境，也是四大难题。
中铁二院渝湘高铁重庆段长江隧道设计负责人陈杨介绍，隧道穿越渝中半岛和南岸区，下穿市人民医院、市政道桥、轨道交通线路、人防洞室等126栋建筑物，地表最高建筑160米，6次穿越运营地铁轨道线。“市民在坐地铁时，隧道开掘现场可能就在离他们不远的地方。因此，如何减少施工震动、噪音对地下以及地面正常生产生活的影响，是我们需要考虑的重要方面。”
而所谓“穿山”，是指重庆长江南岸的铜锣山山脉，其中包含当地著名的南山风景区。此地地质条件复杂特殊，岩溶、破碎带、煤层瓦斯区、采空区等不良地质段落长。比如，岩溶水会对隧道围岩结构产生溶蚀，进而导致突水涌泥问题。此外，山体中的有害气体像是储存在岩层里的一个个“气球”中，一旦隧道施工中不小心戳破了这些“气球”，有害气体就会释放出来，甚至引发爆炸。
南山区域除了山体地质复杂，水体也不少。
隧道掘进过程中将穿越翠云水库等4处大小水体，其中距离库底最小净距仅17米，地质敏感、环保要求标准高。“虽然这些水体深度并不大，操作难度相对较低，但由于其生态特殊性，我们需要注意工程带来的地下水流失、水库水体污染等问题。”陈杨表示。
除了山、城、水带来的挑战，穿越长江是本项工程的“重头戏”。
穿越长江主航道、穿江段长1282米、泥岩砂岩反复变化、节理裂隙带多、最小覆岩厚度仅10米……陈杨介绍，同样是水体，与“穿水”相比，“穿江”的难度在于高深度带来的强水压。“最大水压达到0.9兆帕，相当于在指甲盖大小面积上承受9公斤的压力，稍有不慎，就可能导致隧道变形甚至垮塌。”
“螺蛳壳里做道场”
国内第一条完全在山洞内进行盾构机组装、始发、接收并拆解的盾构隧道
重庆南山149米深的洞室内，长江高铁隧道的盾构工程正在火热施工之中。地面上车流穿行、人来人往，人们并不会察觉到，此时一个“钢铁巨兽”正在地下稳稳掘进。
钻爆法、盾构法、明挖法是挖掘隧道的常用工法。在重庆长江隧道工程中，这3种工法被组合运用，其中盾构段全长3845米，穿江区间长1282米。
盾构机掘进，就像是游戏“贪吃蛇”不断前进延长的过程。机器最前端圆形刀盘嵌着许多刀头，缓缓旋转的刀盘好似一张大嘴，刀头如同牙齿，把岩石、砂土“嚼碎”，然后通过管道运送排出。
重庆长江隧道项目总工程师刘志丹告诉记者，“盾构机在掘进、管片拼装等工作中，主要依靠自动化的系统设备，能够有效降低工作人员劳动强度，且安全系数较高、隧道掘进速度较快。同时盾构施工对环境的影响也很小，施工过程不受气候条件影响，施工中的防水工作比较容易，对地表的沉降影响也很少。”
跟普通机械设备不同的是，盾构机是“定制化产品”，每一台设备都需要结合实际需求单独设计。为此次工程量身定做的“长江号”盾构机由中铁十四局负责，它身长142米，体重3500吨，个子高过4层楼房，仅刀盘直径就有近13米。
如此庞然巨物，在以往的工程中，都是在洞外完成组装后再进洞施工。但由于重庆“两岸高、江面低”的特殊地理环境，这次盾构机的上万个零部件要在山洞内完成组装，这条过江隧道也将成为国内第一条完全在山洞内进行盾构机组装、始发、接收并拆解的盾构隧道。
“螺蛳壳里做道场”，大到技术工班的工人如何配合工序，小到如何精准计算用于吊装物件的钢丝绳长度，都需要反复推敲。
而组装完成只是盾构工程的第一步，接下来，它将面临更大的考验。
“为攻克盾构穿江难题，‘长江号’采用了多项最新配置和技术。”刘志丹举例道，开挖仓高精度气液压力平衡控制技术可以确保江底盾构施工开挖仓稳定，攻克节理裂隙带水量丰富难题；高压冲刷系统能够有效解决刀盘结泥饼、开挖仓堆积等难题；有害气体自动化监测技术能够对有害气体进行连续监测，并实时传输监测数据，实现早预警、早发现，保证作业安全等。
在长江下穿隧行进，除了作业效率和安全，防止和减少对水体的污染，也是一项重要的功课。
作为盾构掘进的“保险锁”，油脂可以防止外部地下水和泥浆等进入盾构机内，保证盾构机内施工人员以及设备的安全。刘志丹介绍，“长江号”作为一台泥水平衡盾构机，使用的油脂包括盾尾密封油脂和轴承密封油脂两种，其质量、环保数据都达到国际先进水平。同时，施工人员会根据水压及地质条件确定油脂注入参数，精准控制油脂的注入压力和注入量，在满足施工要求的前提下，最大限度防止油脂扩散和流失造成的污染。
“中国制造”新名片
盾构机反映我国高超的工业水平和完善的产业链，未来将向多样化、智能化继续发展
从重庆站开车去黔江大约需要4个小时；而等渝湘高铁通车后，仅需40分钟。成倍缩短的路程和时长，带来的是成倍增加的便利和幸福感。
陈杨表示，长江隧道建成后，将实现重庆站与重庆东站快捷贯通，将重庆站由尽头式火车站变为贯通式火车站，使渝湘高铁、渝万高铁在中心城区的重庆站与成渝高铁贯通，形成厦长渝蓉、沿江高铁大通道。
不止重庆，随着我国水下盾构技术的成熟与发展，越来越多沿海沿江城市选择隧道作为越海穿江通道，武汉、南京、上海等沿江城市相继修建了不同使用功能的隧道，涵盖公路、铁路、城市地铁等。钻山入地、穿江过海，国产盾构机穿梭在大江南北的工程现场，助力一个个高难度项目顺利完工，极大地提高了运输效率，进而带动地区经济。
一台盾构机包含上万个零部件，产业链涉及机械制造、电子元器件、液压管路等多个工业领域，体型巨大、技术精密，需要强大的集成控制系统才能正常工作，其自主化程度直接反映一个国家的工业水平和产业链完善程度。
穿山打隧、铿锵突进，长江隧道前进的状态，也是中国盾构机一路突破的历程。
从天价进口到完全自主知识产权独立制造，从最初只能挖地铁到能挖大埋深、长距离的硬岩隧道，从只能水平前进到能水平S形连续转弯、大倾角斜坡向上……近年来，中国盾构机和它背后的技术服务、中国施工力量一起走出国门，构成了完整的中国盾构品牌，赢得了国际市场的信任，成为新的中国制造名片。
作为一名在盾构领域深耕多年的工程师，刘志丹认为，与世界其他盾构机相比，中国生产的盾构机在一些技术特点上有自己独特的优势。“比如，我们生产的盾构机技术更加多样化，具有更加灵活的调节能力，可以满足不同地形的施工要求，更耐用，安全性也更高。与此同时，我们也正在加强技术研发，不断提高盾构机的性能和质量，通过智能化技术等，实现盾构机的自动化操作，提高工作效率。”
智能化、自动化，也是陈杨对盾构机行业发展趋势的期待。
“同样的施工工作量，用传统的矿山法完成，可能需要100个人；而用盾构法的话，可能只需要10个人。如此强烈的对比，就是盾构机智能化所带来的人力解放。”陈杨表示，在智能掘进模式下，盾构机将由大数据库云端提供掘进参数，在智能算法的控制下完成智能自主掘进，能够自主分析不同复杂地层条件，识判各类重大风险源，系统设置参数预警和事件预警功能，并给出科学掘进参数。随着盾构技术发展到一定程度，它将慢慢取代一些传统工法，并逐渐在更多作业线实现“有人值守，无人操作”的智能化作业。（本报记者 沈东方）
