揭秘中国超级工程——厦门翔安海底隧道

 

厦门翔安海底隧道是中国大陆建设的第一条海底隧道。

  厦门位于中国东南沿海，台湾海峡西岸，与台湾隔海相望，全市总面积1565平方公里，由大陆和海岛组成，市区在厦门岛上，人口243万，下辖思明、湖里、集美、海沧、同安、翔安六个区，是福建唯一没有县的地级市。

  交通是支撑一个城市发展和经济发展的最重要的基础设施。目前从厦门本岛到翔安过海需要1个多小时，翔安隧道一旦建成，厦门岛到翔安区只需要15分钟，路程缩短50多公里，厦门向东部拓展“瓶颈”将被打通。通过翔安隧道，再与西环快速路、翔安大道、水琼线相连接，厦门将形成“一环数射”的大交通格局。成为推动区域发展的一个重要举措。

  工程概况

  厦门翔安海底隧道是一项规模浩大的跨海工程，全长约9公里，其中海底隧道5.95公里，其中海域段4.2公里。隧道起自厦门市湖里区五通，止于厦门市翔安区西滨，隧道最深在海平面下约70米，工程总投资约32亿元人民币，是我国大陆地区第一座海底隧道。设计采用三孔隧道方案，两侧为行车主洞各设置3车道，中孔为服务隧道。主洞建筑限界净宽13.5米，净高5米。左、右线隧道各设通风竖井1座，隧道全线共设12处行人横通道和5处行车横通道，翔安西滨侧连接线设收费、服务、管理区。预计建设工期为4年。按100年的设计使用年限确保工程的安全性和耐久性。

  翔安隧道不仅是中国大陆第一条海底隧道，也是第一条由国内专家自行设计的海底隧道，主线设计时速为80公里。它作为厦门的第四条进出岛通道，上承国道、省道，下接城市区域路网，与厦门岛北面的厦门大桥、集美大桥、西面的海沧大桥一起构成四条连接大陆的路网格局。

  建成后，翔安区到岛内两地间将缩短50公里的路程，建成后厦门岛到翔安只需15分钟。厦门海底隧道工程建成交付使用后，对于提升厦门的城市功能，拓展城市发展空间，促进区域社会经济协调发展，优化产业布局，大大改善厦门市的投资环境，加快厦门国际化港口建设步伐，都将有着非常重大的现实意义。而作为我国大陆第一座海底隧道，对于探索出适合我国国情的海底隧道建造技术，为类似工程的动工兴建，缩小与世界先进水平的差距，都将起到里程碑式的作用。

  多项技术手段解决工程难题

  作为我国大陆首条海底隧道，厦门翔安隧道一开始就备受世人瞩目。在地质条件复杂的海平面以下数十米深处，开挖断面上百平方米、跨越海域4公里的行车隧道，谈何容易？松软土层、透水砂层、海底风化槽等一只只“拦路虎”挡在建设者面前。翔安隧道对探索适合我国国情的海底隧道建造技术，为类似工程的动工兴建，缩小与世界先进水平的差距，都将起到里程碑式的作用。

  难点一：在泥土中掘进

  翔安隧道两端陆域部分是在全强风化层下挖隧道。

  全强风化层，通俗地说就是泥土。由于泥土缺乏足够的支撑力，类似翔安隧道断面这么大的隧道，如果全洞一次性开挖掘进，塌方的风险就非常大。针对土层施工，工程人员在主隧道采用了CRD四部工法和双侧壁导坑法施工。这两种办法都是将大断面分解成若干个小断面依序进行挖掘与支护，松软土层的压力得以巧妙地分解。

  在松软土层的隧道施工，需要随时对已挖掘的隧道进行支撑和保护，施工进度一般只能达到每天1米，而在岩层施工，因为岩层支撑能力好，一天可以达到10米。翔安隧道采用的施工技术每天能掘进1至1.5米，与国内类似工程相比，其进度是相当快的。为加快进度，施工方在隧道两端的浅滩地段修筑了直径约100米的人工岛，从上往下开挖竖井直至主洞处。挖一个井增加了两个作业面，施工方就能从土层两端同时掘进。而这两个竖井还将成为隧道的通风井。

  难点二：穿越透水砂层

  隧道翔安端的浅滩段还存在一段450米长的透水砂层。砂层就像一块巨大的海绵，一端在陆地一段在海里，砂粒之间充满了水。在这样的地方挖隧道，存在严重的涌水、塌方、透砂风险。

  对此，工程人员采用了“地下连续墙井点降水”的办法，即切断砂层与海水的连通，再把砂层里的水排干。首先，施工人员在砂层上方的滩涂填筑围堰，使滩涂成为真正的陆地；然后，在隧道上方地表划定一个长方形的工作面，沿着工作面四周深挖壕沟至砂层下，用混凝土造出隔水墙，将砂层与海水隔开。工程人员在工作面内挖掘了189口深井，砂层中的水便沿着砂粒间的缝隙流入这些井里，接着被抽离。透水砂层里没了水，涌水难题也就迎刃而解了。

  难点三：摆平风化深槽

  穿越透水砂层后，隧道施工就来到了海底花冈岩层。其实，在全岩层挖掘隧道是较为安全和快速的，但海底岩层的风化深槽却让工程遭遇了最大的施工挑战。

  风化深槽是海底岩层因风化作用形成的深坑，就像一只嵌在岩石中的V型水缸，下半部装满了淤泥沙石。风化深槽竖直地嵌入岩层，与海水相通，一旦施工不慎，就像在几十米的海水下把隧道撕开了一个口子，整条隧道都有报废的危险。穿越风化深槽的难度之大、风险之大为国内外罕见。施工人员曾经朝风化深槽里钻了个探测孔，取出岩芯一看，竟是一摊混着海水的黄褐色烂泥，甚至一些专家都认为不可能再继续挖下去。因此，四条从几十米到百余米深的海底风化深槽（囊）成了翔安隧道施工的最大障碍。

  在借鉴和总结国内外有关工程经验的基础上，众多国内外专家经过反复论证，最终采用全断面预注浆堵水加固方案。简单地说，就是隧道掘进到达风化深槽前约5米时，在已开掘的隧道尽头（俗称掌子面）修一个平整面，在这个平面上钻出200多个直达风化槽的小孔，通过这些小孔，注浆机将强力速干水泥注入风化槽，几个小时后，前方风化槽的烂泥、碎石就板结成了与岩石硬度相当的水泥块。下一步钻隧道，就像是在一个巨大的岩石中凿一个孔。

  “我们所使用的全断面帷幕注浆技术，是世界上最先进的。”翔安隧道工程指挥部总监理工程师曾超博士介绍。工艺难度决定了进度。“全断面帷幕注浆工艺是十分安全的，缺点是速度太慢，半年能挖100米就很不错，但这种施工方案是完全正确的，急不得。”中国科学院资深院士、81岁高龄的孙均老先生在施工现场说。

  翔安隧道有哪些看头

  看点一：让人惊叹的世界之最

  翔安隧道不仅是我国大陆第一条海底隧道，也是第一条由国内专家自行设计的海底隧道，还是世界上第一条采用钻爆法（俗称“打眼放炮”）施工的海底隧道。目前，全世界已建、在建的跨海隧道有20多条，主要分布在欧洲、日本和我国香港。由于隧道的横断面越大，施工难度越大，这些隧道几乎都为单向单车道或者双车道，断面比较小。翔安隧道考虑将来的通车需求设计为单向三车道，行车洞开挖断面最大面积达170平方米，居世界之最。从翔安隧道中开挖、弃运土石方约235万立方米，几乎可以将埃及大金字塔塞满。支护用锚杆、钢架、钢筋网、衬砌钢筋等钢材约5万吨，相当于7座巴黎艾菲尔铁塔。

  看点二：能做到“滴水不漏”吗

  翔安隧道采用全封闭防水衬砌，在建设过程中采取“以堵为主”的原则进行治理。首先，在超前地质预报系统分析前方地质破碎带情况后，施工人员采用注浆方式，将隧道周围的输水裂隙和涌水空间封堵住。其次，在初期支护（在隧道壁上形成30厘米钢筋混凝土厚壁）和二次衬砌（在隧道壁上形成60厘米的支护厚度）之间铺设薄薄的聚合材料防水层。

  为保证万无一失，二次衬砌完毕，施工人员还预留了注浆孔。工程完成后，可能因为周围地质条件变化而在厚壁外形成空洞，通过这些预留的注浆孔回填注浆可以填补这些空洞。用路桥建设集团翔安隧道五通端项目经理王学斌的话说，叫做“一滴水也要堵”。翔安隧道的抗腐蚀、抗渗水等级均为最高，可保用100年，并能抵抗7－8级地震，施工工艺为世界顶级水平，工程质量被国家交通部肯定，成为全国三大样板工程之一。

  看点三：如何实现空气流动

  在长达数公里且周围被海水封闭的隧道内行车，人的呼吸消耗和汽车尾气很快会使隧道内空气变得污浊。为实现隧道内空气流动，翔安隧道设计了两个8米宽、40米深的通风竖井，分别位于隧道两端的浅滩地段。通风竖井穿过厚厚的地表，直通地面，并将在地表上建成两个颇具观赏性的通风塔，塔内设置电梯空间，将塔身和主隧道相连。作为翔安隧道唯一高耸地面的建筑物，通风塔也将成为翔安海底隧道的标志之一。

  看点四：发生事故怎么办

  如果在隧道里发生交通事故或者遇到险情怎么办？不用急，由服务隧道和人行、车行横洞组成的连通网络，为安全事故处置预留了空间。服务隧道是海底隧道左右两个行车隧道中间的一个小隧道，分上下部分。下部为市政管廊，用于布排供水管、高压电缆、通信光缆等，上部为检修车通道、逃生通道。12处行人横洞、5处行车横洞则横向连通左右隧道与服务隧道，每个横洞间距约300米。一旦车辆在隧道内出现问题，人员、车辆可通过人行横洞、车行横洞进入服务隧道，救援人员也可通过服务隧道迅速抵达交通事故地点施救。

  当火灾发生时，隧道的监控人员首先可通过网络通风技术，有效地控制烟流速度和烟流方向，保证人员的撤离路线绝对不受烟雾污染。同时指挥人员可通过先进的监控系统，指挥被困者从服务隧道快速有序地撤离。