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全球首條海底隧道高鐵,難度到底有多大?看中國人是如何建造的

2021-08-20由 樂趣讀書 發表于 歷史

全球首條海底隧道高鐵,難度到底有多大?看中國人是如何建造的

中國又火了,世界上第一條海底建立的高鐵橫空出世,這一項震驚世界的工程居然還是中國製造。要知道,這項技術難度可謂相當之大,那麼中國是如何領先全球建造的這一海底高鐵隧道呢?高鐵是人民生活,包括國家發展所需的必不可少的工具,我國的高鐵技術更是領先全球,穩居世界第一的位置,現在我國又打破常規,建立了全球首座海底高鐵隧道。要想在這個滿是海水的地方去建造一個由電力驅動可以通車的隧道,其中有一點差錯將會全部崩盤,對於這樣的情況,中國是迎難而上。

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據多家媒體報道,世界上第一條設計時速350公里的單洞雙線高鐵海底隧道於2020年開始進入施工,標誌著我國首條高鐵的海底隧道開建。這條隧道就是汕頭灣海底隧道,其地理位置在廣東省汕頭市汕頭海灣大橋下游,媽嶼島與德州島之間的位置。隧道全長9781米,將建設中的廣汕鐵路相連,把廣州與惠州,汕頭,汕尾等城市緊密地聯絡在一起,同時縮短粵東與珠三角之間的發展距離,推動城市經濟發展,在交通運輸方面,更是實現了極大的便利性。建設這條隧道的過程是困難重重,尤其這條隧道還是我國第一條地處8度抗震設防烈度區的超大直徑海底盾構隧道,施工人員建造過程中必須考慮各方面的因素。這條海底隧道位於高水壓風險區域,水在這樣的高壓下會形成高達97米的水柱。

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對於海域這樣高水壓的情況,要採取合適的技術手段,確保隧道防水可靠,結構安全。汕頭灣海底隧道需要長期處於海水中,隧道的結構除了要適應超強水壓以外,還需要具有防蝕性,因此對於建造的材料,是我國施工人員經過多次實踐選出來的各種高階建材。建造這個隧道的過程中,各種地質問題也是層出不窮,挖隧道時需要先從軟土層鑽到淤泥層,還要進入多風化岩石層,最終要挖入花崗岩極硬底層,地質有過於軟的地方,也有堅硬無比的地方。在挖隧道時,每個環節都是經過施工人員精密的計算和不懈的嘗試去完成開鑿,然而因為海底環境的複雜,在建造這條隧道時,任何單一的方法都無法完成對這個隧道的建設,於是我國工程師和技術人員把所有的挖隧道的方法都嘗試了一遍。比如用到的明挖法、盾構法和礦山法,多個工作面同時掘進。

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明挖法通俗來說就是把這個需要建設隧道的地方整個從地面上挖開,然後開始修築內部,把能支撐隧道的結構建造起來,接著把泥土填回去覆蓋,這個方法是最簡單的了。但是缺點就是隻能對泥土鬆軟的地方進行建設,對於海底非常硬的地方,用這種方法就行不通了,它只能挖較淺的隧道,可以用在挖海底隧道的入口。而盾構法就是用盾構機去挖掘,我國施工人員採用了直徑14。53米的超大盾構機去進行挖掘,要從淤泥至極軟的地方進入花崗岩及硬地層。因為地底有些地方太過於堅硬,而盾構機可以把花崗岩堅硬的地方全部挖到,用盾構機在海底挖出一個通道的同時,還可以將多餘的泥土運出來,但是這樣的方法施工效率會比較慢,所以在施工過程中不能全部用盾構機來完成。而礦山法是對於地質複雜堅硬的岩石層來進行挖掘,在挖掘的同時,還要對隧道的另一端進行支撐來防止隧道不平衡造成坍塌。由於海底隧道建設的環境苛刻,地質又極為複雜,該隧道在不同時段共採用了六種施工方法進行施工,整體的建造都是複雜且困難重重。汕頭灣海底隧道在國內外的水下隧道、鐵路隧道、超大直徑盾構隧道領域都實現了突破與創新,這條隧道是我國建造的第一條高鐵的海底隧道,也是世界上第一條高鐵海底隧道。

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建設海底隧道最大的好處就是不會受到海上天氣的影響,也不會影響通航,並且汕頭灣海底隧道將海峽兩岸陸地連線起來,還連線了汕頭至漳州的鐵路,構成我國東南沿海新的鐵路運輸通道,並進而促進我國沿海高鐵網的形成。其實,海底隧道已經建造成功的工程也有很多,比如英吉利海峽的海底隧道,全長51千米,在全世界都非常有名。還有日本的青函隧道,長約54千米,也是通火車的海底隧道,但我國建造的汕頭灣海底隧道是世界上第一條設計時速350公里的單洞雙線高鐵海底隧道,是其他國家都沒有的。

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世界第一條,中國一直都在不斷地超越,走在世界的前端,而我國的隧道建設遠遠不止於此。早在2017年,中國的珠港澳大橋就建設完成一個海底隧道,長達5。6公里,是用來通汽車的一條隧道。這條5。6公里的海底隧道在攻破重重技術難關後,保證了40米水壓下的“滴水不漏”,打破了世界紀錄。而這條海底隧道在建造時最難的部分就是大橋中段隧道的部分,水底的沉管隧道與普通的陸地隧道不一樣。對於陸地隧道,只需要先挖洞,一邊挖一邊做支護結構,而海底隧道需要先做好隧道結構再沉到水下,在水下安裝。這種城管隧道是由一段一段的鋼筋混凝土管子拼接在一起的,而我國建造珠港澳大橋時所用的管節是把8個22。5米長的小段用鋼筋穿成一個長達180米的大段。我們把這種拼接好的大段稱為管節,每個管節使用近9000噸鋼筋,然後再把拼接好的管節拖到海面上預定好位置進行下沉安裝,最終把33個管節在海底連成一個整體。隧道全長5664米,重約8萬噸。

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而這樣的一個隧道在海底日復一日的經歷海水的沖刷,最令人擔心的就是會漏水的問題。曾經在古巴就有一個隧道是混凝土管節的沉管隧道,它出現過開裂導致的漏水事故。因為裂縫所導致的滲水速度高達每小時40升,而我國建設的這個沉管隧道,保證了隧道在高水壓中還能做到嚴絲合縫。這項工程從設計到選材再到施工都是經過嚴格監控的,海底隧道的每個階段都是由鋼筋混凝土做的,所以對混凝土的要求更高。我們所用混凝土的強度要滿足要求,就是說在受力時,隧道混凝土的拉力不能超過抗壓強度,還要有耐久性,在隧道使用期間要保持其效能,混凝土的質量也必須達標,不能開裂,並且在每個管節連線之處必須保證沒有縫隙,滴水不漏。我們在建造珠港澳大橋的海底隧道時,對每種可能導致隧道漏水的情況都做出了最佳防範。珠港澳大橋跨越了珠江五個主要航道,在我們海底隧道的成功建成後,它是我國第一條集橋樑、人工島和海底隧道為一體的跨海通道,為我國的工程建設標註了全新的高度。除此之外,我國的海底隧道讓我印象深刻的還有一個,世界上規模最大的海底公路隧道,它就是從2020年開始建造的膠州灣第二隧道,主線隧道長15。89公里。

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這條海底隧道建成後,連挪威已建成的長度有14。3公里的Ryfylke隧道,見到它也得叫大哥,此隧道建成後將超越其成為世界第一長的海底公路隧道。這個專案開挖土石方量超過800萬平方米,超過前面所提的日本青函海底隧道和英法海峽隧道,成功建造後將成為世界上規模最大的海底隧道。此隧道的路線是從青海西海岸新區淮河東路向東沿劉公島路下方穿越膠州灣至青海港附近登陸,在海泊河口銜接青島東岸城區,這條隧道所面臨的困難也能稱得上是世界級難題了,它需要突破超大直徑盾構與鑽爆法隧道海中對接,還要克服超長隧道通風防災,大斷面隧道穿越大規模斷裂和海底超高水壓帶來的難題,是隧道領域中施工最複雜的一個超級工程。

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據介紹,膠州灣第二海底隧道的工程定位主要以客運為主,設計使用年限100年,抗震設防類別為乙類,抗震設防力度為7度。作為青島市全面建設現代化國際大都市新徵程中的重要載體,之前建造的膠州灣隧道和現如今又建造的膠州灣第二隧道在建成後,將會進入“雙海底隧道時代”,這將會推動整個膠州灣的一體化發展。膠州灣第二隧道的建成緩解了跨灣的交通壓力,提升了膠州灣半島整體競爭力,對建設全球海洋中心城市和打造對外開放橋頭堡具有重大的戰略意義,此隧道將在超長跨海通道起到帶頭示範作用。而這些由我國建造的海底隧道工程,將引領國內外海底隧道設計及施工領域未來十年的發展趨勢,也必將會成為我國新時代交通強國戰略的標杆工程和工程建設領域的重要里程碑。

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