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上海长江隧道:世界最难的盾构施工

2009/10/30 13:15:00来源:本站整理浏览量:3539


       上海长江隧道吸引着业界同行的目光。长——盾构一次性掘进距离长达7.5公里,世界上绝无仅有;大——两台超大盾构直径达15.43米,堪称世界之最;深——江底高水压施工,最深处覆土达55米。而今,5年不到,所有世界性难题都已迎刃而解。
 置身宽敞明亮的长江隧道内部,工程立项的建议者之一、中国人民解放军工程兵工程学院教授钱七虎院士抑制不住激动:“上海长江隧道兑现了世界最难的盾构施工图,从始至终保持零伤亡和零事故,创造了中国地下工程的新亮点和新速度。”
  
  交通运输部总工程师周海涛在走完隧道后感慨万分:“平淡无奇的水泥、钢筋、沙石,被上海的建设者们赋予了生命和智慧,而科技是其中最灵动的细胞。”
  
  风急浪大的长江口,一条“身材”有五层楼房那般“粗壮”的巨型“长龙”已静卧江底。本月底,当川流不息的车辆以80公里时速穿行而过时,“长龙”有理由为自己勇闯世界隧道施工禁区的胆识和成就骄傲。
   
  破难题、创速度、化风险的力量来自自主创新。在国家863计划和上海市科委“登山计划”支持下,上海长江隧道向隧道工程领域的若干前沿课题发起挑战,共申请28项专利和8项软件著作权,编制14项施工指南和工法。眼下,这些勇气与智慧的结晶陆续在上海长江西路隧道、军工路隧道和杭州钱江隧道等大型越江工程中生根开花。
  
  精准:一次“走”完7.5公里误差小于2.7厘米
  
  很难想象,在水文、地质条件异常复杂的长江底,五层楼高的“巨无霸”盾构机承受着巨大水压,竟然一次“走”完了7.5公里。更难以置信的是,贯通后的整条隧道高程误差不超过2厘米,水平误差小于2.7厘米。如此精准的水下穿越是如何做到的?
  
  科研人员事先在两台盾构机上安装了大量传感器,施工时,边“走”边看边校正。在三维轴线控制系统的严密“督战”下,“巨无霸”的行走路线几近笔直。国家863项目“超大特长越江盾构隧道关键技术研究”课题组副组长、同济大学常务副校长李永盛教授告诉记者,此前,国内盾构一次掘进距离一般约为2公里。长江隧道7.5公里盾构究竟是“一路不停站”还是“中途歇一脚”,也曾几经论证。考虑到此次施工暴露面大,且土层极度不稳定,越停可能沉降越大、阻力越大,最终决定一气呵成。
  
  直径达15米的江底“巨龙”堪称庞然大物,可预制、拼装“龙身”的工序却比绣花还精细。据介绍,整条隧道由4000多环2米宽的混凝土环组成,每环隧道则由10块楔形管片拼装而成。为保证每一环都能拼成一个完美正圆,10块管片的大小、形状均不完全一样,宽度控制在1.98米到2.02米之间,制作误差必须小于0.5毫米。
  
  精心:“三层楼”和“五间房”让汽车和地铁并驾齐驱
  
  上海长江隧桥建设发展有限公司副总经理刘千伟向记者展示了一幅隧道剖面图,13.7米内径的圆形隧道被巧妙分隔为“三层楼”(三层结构)和“五间房”(五个不同的功能区域):上层,是用于火灾排烟的通风道;中间层,三条5.2米高的汽车道宽敞而明亮;下层,被一切为三,中间为规划中的地铁19号线预留出轨道空间,左侧是疏散通道,右侧为电缆通道。
  
  如此精心设计的结构,被业界评价为“最有效的空间利用形式”,省去了另行开掘轨交隧道的资源,节约施工费用约10亿元。
  
  隧道施工过程中,类似的“斤斤计较”随处可见。比如,两台泥水平衡盾构机每向前挪一步,都需消耗一定量的支护泥水,而同时盾头处的刀盘又会掘出大量成分复杂的江心底泥。能否将前一米挖出的厚浆“稀释”成后一米推进用的薄浆?施工人员围着烂泥堆冥思苦想。终于,课题组开发出一套具有自主知识产权的高效环保型泥水处理系统,成功解决了粘土地层超细颗粒分离难题,使盾构泥水回收率超过80%。
  
  安全:“8横26纵”逃生系统科学引导疏散
  
  看似不够用的隧道空间,却为应对突发事件预留了足够多的逃生空间。在上行与下行两条隧道之间,每隔830米就留有一条长15米、宽1.8米的横向逃生通道,全程共有8条;而在每条隧道的公路层与轨交层之间,每隔260米设有一条疏散楼梯,全程共有26条,所有逃生口都画有醒目的“括号”。
  
  如此“8横26纵”的立体逃生系统,在现有隧道布局中实为罕见。一旦隧道内有事故发生,50米一处的智能疏散标识会通过箭头自动告诉驾驶员和乘客,向左还是向右跑,能最快到达逃生口。万一发生火灾,着火点前后的3个排烟点会自动打开,迅速把烟雾吸入,尽可能减小乘客中毒、窒息的危险。
  
  兼顾安全和舒适,全长8.95公里的隧道设计处处以人为本。在进出隧道的几秒钟内,驾驶员总会因光线的忽暗忽亮而感觉不适,此时几盏光线接近太阳光的高压钠灯可减轻类似的“黑洞”和“白洞”效应;隧道内,led光源的亮度可根据外部光线变化而适当调节;为缓解视觉疲劳,隧道的腰线颜色被一分为二:前半蓝色,后半绿色——据测算,种种人性化设计可使长江隧道的交通事故发生率降低20%—30%。

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