“挖隧道、通高铁” 湛江湾海底隧道盾构机如何在水下掘进？

在湛江湾东海岸，海湾大桥北侧地下约27米深处，广湛铁路湛江湾海底隧道工程盾构施工现场机器声轰鸣，一片繁忙。在这座“地下宫殿”里，一条“钢铁巨龙”正向湛江湾海底掘进，开启穿海之旅，它将为湛江乃至粤西人民带来交通质变。

“挖隧道、通高铁”，广湛铁路湛江湾海底隧道工程已成为湛江市民家喻户晓的重大民生工程。新建广州至湛江高速铁路工程是国家“八纵八横”高速铁路网的重要组成部分，广湛铁路正线全长约401千米，线路起于广州火车站，途经佛山、肇庆、云浮、阳江、茂名、湛江等市，终至湛江北站，设计时速350千米。湛江湾海底隧道作为广湛铁路全线控制性工程，由中铁十四局集团负责施工建设，隧道全长9640米，是我国目前独头掘进最长的大直径穿海高铁盾构隧道。

▶施工难度

国内外可供参考的经验少

从广湛铁路(湛江段)路线图上看，湛江湾海底隧道穿越海域段2.5km，距湛江海湾大桥匝道桥桩最近距离仅1.2m，依次穿越湛江海湾以及海滨大道、乐山路等重要市政道路，途经湛江主城区，地表建筑物众多，再加上地下管网密集，施工风险极高。

“隧道穿海越城，为工程的设计和施工增加了不少难度。”据施工方负责人常勇介绍，盾构隧道距离长，为单洞双线，受地形地貌等客观条件制约，盾构施工难以实现在隧道中间增加竖井。施工单位决定采用独头掘进的形式施工，所谓独头掘进，指的就是体态盾构机单向掘进完成整条隧道，这种施工方式可以将施工影响降到最低，最大限度保护现有城市原貌，避免施工对海洋生态环境造成影响，可行性更强。

然而，湛江湾海底隧道工程具有开挖断面大、地质条件差、废弃泥浆多、盾构机刀盘易结泥饼等特点，加之建设标准高、关键技术多，国内外可供参考的经验少，采用独头掘进的形式修建海底隧道也并非易事。

工欲善其事，必先利其器。承担着隧道掘进任务的“永兴号”盾构机针对隧道情况“量身定造”。该盾构机分为刀盘、主机和后配套拖车三部分，总长147米，总重3600吨，盾构隧道线路平面最小曲线半径3000米，最大纵坡度13.18‰，总装机功率7800千瓦，设计选型达到最佳配置，以提高掘进效率。

去年6月30日，广湛高速铁路进入全线开工阶段，并在75天内完成进口段共计115幅地下连续墙施工，为盾构机始发提供围护保证。今年5月27日，在湛江湾海底隧道工程施工现场，国内独头掘进距离最长的穿海利器“永兴号”盾构机正式下井组装，33天完成刀盘焊接、组装、吊装，56天完成盾构始发。

作为“永兴号”这条“钢铁巨龙”的“利齿”，刀盘是盾构机最重要的部件。在广湛高铁湛江湾海底隧道智慧工程指挥中心可以看到，“永兴号”盾构机直径14.33米，刀盘设计有6个主辅臂，共计安装刀具227把，开口率达到45%，可以保证在粉质黏土地层高效掘进。针对长距离粘土层掘进的特点，该盾构机独创搅拌器加立式滚筒破碎机设计，有效缓解粘土结块堆积堵塞排浆口，也可破碎铁锰结核，降低滞排风险。

由于工作系统庞大繁杂，“永兴号”盾构机配置4节后配套拖车及连接桥，以容纳供变电、液压动力、物料供应、气压平衡控制、冷却水循环、同步注浆、物料供应和中央控制等系统。

▶海底作业

盾构机如何在水下掘进?

沿湛江湾海底隧道工程盾构始发井内安全通道下行，到达地下27米深处，这里便是盾构机尾部后配套拖车位置，往前走逐渐深入盾构机的核心区域，偌大的“地下宫殿”内机械轰鸣声不绝于耳，工人们有序作业，一片大干快上、热火朝天的景象。

与地面相比，隧道深处空气流通不畅，显得有些闷热。记者在施工现场看到，为了防止缺氧和失火，创造更好的施工条件，施工方每隔几十米就安装有通风设备和微型消防站，灭火器、警铃、隔热服等消防器材一应俱全。

“现在我们所处的位置是隧道进洞口。在盾构机进入洞内之前，负环管片及支撑主要是为盾构机向前推进提供反作用力，确保盾构机顺利进洞。”据项目书记何子良介绍，盾构隧道区间长度7352米，共计3676环，负环管片共9环，环宽2m，每环由10块管片组成。在试掘进期间，每环管片拼装需4个多小时，每天完成1-2环的拼装工作。后期正常情况下拼装速度将提高至90分钟每环。正常掘进后，盾构机日均掘进将达到6环，最高日均掘进达8环。

管片拼装工作须在盾尾完成，管片经运输吊机和喂片机输送至拼装机下方后，由拼装机抓取逐片安装，拼装成环，管片安装精确到毫米。“盾构施工主要分为掘进和拼环2个工作环节，以掘进完成后拼环，再掘进再拼环的工作流程循序渐进，高速运转。”盾构经理王浩向记者介绍道。

海湾里全是水，盾构机如何在水下向前掘进，海底隧道如何修建?据了解，湛江湾海底隧道采用泥水平衡式盾构机进行施工，旋转的刀盘在推进油缸的推动下向前伸入隧道开挖面切削土体，位于刀盘背后的工作舱由压力隔板分隔为开挖舱和气垫舱，通过向气垫舱内注入压缩空气使气垫舱内的膨润土泥浆充满开挖舱对隧道开挖面形成支护，刀盘切削下来的渣土落入开挖舱底部，通过排泥泵及管路向地面输送携渣泥浆。

在盾构机内，2个人员舱与气垫舱相连接，用于带压维护作业，工作人员可在人员舱内完成加压后进入到工作舱。为有效阻止掘进过程中地下水进入到盾构机内部，盾壳尾部设有4道加强型密封刷与1道叠层钢板束，能够有效阻止地下水土进入到盾构机内部。

▶泥水分离

输送到地面进行泥水处理

据介绍，湛江湾海底地质条件复杂，盾构掘进长距离穿越第四系全新统粉质粘土，更新统粉质粘土、粘土、中砂、粗砂地层。盾构机长距离穿越全断面粉质黏土，刀盘极易结泥饼，废弃泥浆量大，泥浆处理难度大。

盾构机施工过程中，如何处理掘进开挖中产生的高粘度高比重泥浆?对此，施工方别出心裁，盾构施工将掘进后的携渣泥浆输送至地面泥水分离设备，并将分离调整后的合格泥浆输送至盾构机，满足盾构掘进和环流出渣作业，多余废浆通过离心压滤进行水土细分离，分离水用于调整泥浆指标。

“简单来说，就是以泥浆作为运输渣土的介质，泥浆与渣土混合输送到地面的泥水处理设备进行处理，分离后的水或泥浆又能重新用于环流系统输送到盾构机，循环使用，以‘零污染’为目标，确保‘零浪费’。”王浩介绍道。

湛江湾作为粤西和环北部湾地区最大的天然深水良港，运载煤、铁矿石的巨型货轮常常穿梭于海湾内外。此外这里生态资源丰富，白海豚等珍稀海洋保护动物经常在此游弋。湛江湾建设海底隧道，对海湾生态环境有无影响?

对此，项目施工方回应：“如果实行架桥方案，则需要在海湾内打桩立墩，会对生态及通航产生一定影响，而我们是在海底20米以下建设隧道，不影响海湾生态及通航。”

湛江湾海底隧道贯通后，将打破粤西与东部城市交通圈相对隔绝的局面，实现广州中心城区至湛江中心城区90分钟互达，对湛江高速融入粤港澳大湾区联动发展，提升粤西地区区域经济地位，建设北部湾中心城市和现代化沿海经济带重要发展极，升级优化交通布局具有重要推动作用。

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