全長(zhǎng)2741米、開(kāi)挖斷面336.8平方米、寬19米、高21米，相當(dāng)于8層樓房高。它既是世界最長(zhǎng)的超大斷面曲線管幕隧道，也是全球首座運(yùn)用陀螺儀實(shí)施曲直精準(zhǔn)對(duì)接的隧道。

這便是去年12月28日貫通的港珠澳大橋珠海連接線關(guān)鍵控制性工程，由中國(guó)鐵建十八局集團(tuán)承建的拱北隧道。

值得注意的是，因?yàn)槭┕さ囟蔚耐临|(zhì)特性，整個(gè)工程中有一段長(zhǎng)度僅為255米的隧道暗挖段。其走向不是水平的，而是曲線半徑達(dá)900米彎曲的弧線。

一段不過(guò)255米的彎曲，背后有何意義？

答案，只能是令世界驚嘆的中國(guó)鐵路工程技術(shù)。其水平高低，中國(guó)工程院院士王夢(mèng)恕作出了評(píng)價(jià)——“拱北隧道255米暗挖段，集中了迄今人類(lèi)建設(shè)隧道的全部難度”。

前途光明，道路“曲折”

2016年間經(jīng)拱北口岸往來(lái)珠海和澳門(mén)的朋友們，絕對(duì)不會(huì)想到，當(dāng)自己和眾多旅客排隊(duì)辦理過(guò)關(guān)手續(xù)的時(shí)候，一項(xiàng)難度極大的管道工程，正在腳下緊張的進(jìn)行。

拱北隧道位于澳門(mén)聯(lián)檢大廳口岸地下4至5米處。上面便是我國(guó)第一大陸路口岸，即珠海拱北口岸，日進(jìn)出關(guān)人數(shù)最高達(dá)30萬(wàn)次、車(chē)流達(dá)1萬(wàn)車(chē)次。

其地下的土層為粉沙質(zhì)，富含地下水，承載力極低。

“在這種粉沙質(zhì)地層，我們不但要打隧道，還不能對(duì)地面上的澳門(mén)聯(lián)檢大廳的運(yùn)行有絲毫影響。”中國(guó)鐵建十八局集團(tuán)副總工程師兼港珠澳大橋珠海連接線指揮長(zhǎng)潘建立說(shuō)。

受地理地形所限，拱北隧道225米暗挖段被設(shè)計(jì)為雙層疊加公路隧道，即雙向平面，行駛至聯(lián)檢大廳下方時(shí)變成曲線半徑為900米、上下疊加的彎曲形狀。

選擇什么樣的施工方案，如何施工，成了擺在建設(shè)者面前一道難以逾越的世界性難題。

潘建立告訴記者，圍繞施工法的選擇，項(xiàng)目建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、科研院校和施工單位，經(jīng)過(guò)反復(fù)磋商研究，僅調(diào)查研究和方案比選，前后就花了3年時(shí)間，最終決定采用“曲線管幕+凍結(jié)法”施工。

“土是粉沙富含水，就把土凍起來(lái)；隧道不是直的，就用彎曲的管往里頂。”潘建立這樣解釋“曲線管幕+凍結(jié)法”施工。

這就樣，沿著隧道開(kāi)挖輪廓線，336平方米的斷面上，布置起36根直徑1.62米、長(zhǎng)255米的鋼管；每根鋼管內(nèi)又含一根10厘米的鹽水冷凍管。

管幕管道猶如一圈隧道，人可以進(jìn)去，而其中的鹽水冷凍管則只有人的胳膊細(xì)。

一圈環(huán)形“管幕”支護(hù)體系就這樣形成了。

泥鰍穿豆腐，首用陀螺儀

既然隧道有一段不是直的，在隧道開(kāi)挖之前，第一個(gè)攔路虎就是超大曲線管幕施工。

與普通直線管幕頂進(jìn)技術(shù)不同，這項(xiàng)工程需沿著“88米緩和曲線+167米圓形曲線”的軌跡頂進(jìn)。

“這是要從彎曲的一段頂出來(lái)，與直線一段的端口精準(zhǔn)對(duì)接。”潘建立說(shuō)， 若非如此，頂管難以對(duì)接成功，整項(xiàng)工程將毀于一旦。

以往曲線頂管頂進(jìn)誤差能控制在15厘米就相當(dāng)了不起，而拱北隧道頂進(jìn)的誤差必須控制在5毫米以?xún)?nèi)，相當(dāng)于一粒普通黃豆大小，接近零誤差。

此外，管幕群距地面最近距離僅為4—5米，距澳門(mén)聯(lián)檢大樓樁基1.6米，再加上多臺(tái)次的泥水平衡頂管機(jī)要在軟土地層中，多次始發(fā)、接收，對(duì)地層反復(fù)擾動(dòng)，相互影響的“群管效應(yīng)”非常明顯。

這就像一道名菜——泥鰍穿豆腐，也就是說(shuō)，頂管機(jī)要在軟如豆腐般的地層中，穿梭36次。

如何保證穿梭按一定軌跡，精準(zhǔn)進(jìn)出？

“我們引進(jìn)了國(guó)際頂尖的泥水平衡式頂管機(jī)，嘗試使用陀螺儀在地下定位，引進(jìn)精確制導(dǎo)技術(shù)，建立自動(dòng)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)。”潘建立說(shuō)。

自2013年6月第一根試驗(yàn)頂管始發(fā)，至2015年5月最后一根頂管順利接收，歷時(shí)2年，終于攻克了超長(zhǎng)、超大曲線管幕施工中面臨的精確控制、地表沉降和管幕障礙物處理等一系列世界級(jí)難題，創(chuàng)造了“零誤差”的曲線管幕施工紀(jì)錄。

沙土易垮塌，凍起來(lái)再挖

管幕工程的完成，好比人的身體，只是搭起了“骨架”，而緊接著的凍結(jié)工程，利用冷卻鹽水管道這一“血脈”，沿著“骨架”循環(huán)，最終才會(huì)構(gòu)成完整的“人體”。

“沒(méi)有冷凍，若對(duì)這個(gè)336平方米的管幕群直接開(kāi)挖，極易導(dǎo)致隧道整體垮塌。”潘建立說(shuō)。

看看工程師采用了什么妙計(jì)？

“我們首創(chuàng)超大斷面水平環(huán)向一次凍結(jié)技術(shù)。”潘建立告訴記者，就是把暗挖段高23米，寬20米，厚2.6米，縱向長(zhǎng)度255米的地段，變成了一個(gè)巨型的“冰柜”，利用人工制冷技術(shù)，把松軟含水的土層變成凍土，安全進(jìn)行隧道開(kāi)挖作業(yè)。

設(shè)計(jì)施工單位的工程師們，圍繞“凍起來(lái)、抗弱化、控凍脹”三大原則展開(kāi)了聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)新出一套系統(tǒng)的凍結(jié)方案，解決了施工中遇到的種種難題。

拱北隧道暗挖段凍結(jié)工程，自2016年1月12日正式凍結(jié)，至12月底，凍結(jié)圈厚度完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

將沙土凍起來(lái)，解決了易垮塌的危險(xiǎn)，但問(wèn)題也來(lái)了。

長(zhǎng)時(shí)間對(duì)土層凍結(jié)，隧道內(nèi)部的凍土堅(jiān)硬如鋼，遠(yuǎn)超預(yù)料。因地理環(huán)境特殊，常規(guī)的巖土爆破、靜態(tài)爆破等開(kāi)挖方式，在拱北隧道根本不可行。

采用大型機(jī)械破除設(shè)備，由于導(dǎo)洞凈空太小，無(wú)法作業(yè)；采用小型挖機(jī)，再配備旋挖鉆頭，由于機(jī)體太輕，開(kāi)挖凍土的效率太低。

       經(jīng)過(guò)不斷的設(shè)備選型和組織調(diào)整，項(xiàng)目部想出了一個(gè)“五臺(tái)階十四部開(kāi)挖作業(yè)法”，就是將巨型“冰磚”分割成“九宮格”，五層十四個(gè)導(dǎo)洞同步開(kāi)挖，立體交叉作業(yè)。

“將每個(gè)導(dǎo)洞再分成三個(gè)微小臺(tái)階，每個(gè)小臺(tái)階配置一臺(tái)小型挖掘機(jī)破碎錘開(kāi)挖凍土，人工配合修邊，大大提高了開(kāi)挖工效。”潘建立進(jìn)一步解釋說(shuō)。

珠海連接線管理中心主任王啟銅博士認(rèn)為，拱北隧道“長(zhǎng)距離曲線管幕和大規(guī)模水平凍結(jié)止水技術(shù)”的成功運(yùn)用，填補(bǔ)了我國(guó)在復(fù)雜地質(zhì)條件下超大斷面隧道施工技術(shù)的空白。

港珠澳大橋全長(zhǎng)為49.968公里，預(yù)計(jì)將于2017年年底建成通車(chē)。（矯陽(yáng)）

(責(zé)編：陰重宇(實(shí)習(xí)生)、熊旭)