我国首台国产超大直径盾构成功穿越汕头海湾 历时816个日夜的“硬核穿越”

△▽汕头海湾隧道实现全线贯通。杨立轩摄

汕头海湾隧道对构筑“一湾两岸“城市发展格局具有重要意义。杨立轩摄

汕头海湾隧道北岸接收井，左为东线、右为西线。杨立轩摄

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隧道建设历程

8月7日，在汕头海湾隧道北岸盾构接收井现场，随着接收井中宁静的水面泛起的阵阵涟漪，由中信集团投资、中铁隧道局设计施工总承包的超大直径越海盾构隧道——汕头海湾隧道西线宣告贯通。

这是继5月16日东线隧道贯通之后，汕头海湾隧道施工建设的又一重大节点，标志着“世界级挑战性工程”——汕头海湾隧道历时两年建设实现全线贯通。

“历经技术与心智煎熬，终于啃下了这块硬骨头！”望着接收井中翻涌的波浪，中铁隧道局总工程师洪开荣由衷地表示，汕头海湾隧道关键技术获得了全面突破。这一刻，大家都等待太久了——从前期可行性研究到隧道全部贯通，汕头海湾隧道经历了12年之久。

这是一场史无前例的“硬核穿越”。汕头海湾隧道穿越海底3047米，串起来的不仅仅海内外潮人全天候穿行海湾两岸的百年梦想，更承载了无数专家、参建人员的心血和期待，掀开了我国跨江越海隧道建设的新篇章。

●南方日报记者余丹通讯员朱文君

全天候通行南北两岸梦想“萌芽”

汕头地处广东省东部，韩江、练江和榕江三江汇流入海口，地理位置优越，是古代海上丝绸之路的重要节点，我国东南部的重要对外贸易港口。自1860年汕头开埠通商起，至今已有200余年历史。

但限于四面环山，汕头市区成岛状分离，自古以来无法便捷实现各区互通互联。特别是国内唯一一座内陆海湾——苏埃海湾将汕头分割为南北两岸，人们隔湾相望，交通极为不便。上世纪90年代，汕头就建成了海湾大桥和礐石大桥，但仅靠两座桥已远远不能满足通行需求，更兼台风、暴雨季节的封桥禁行，全天候通行南北两岸的梦想始终未能实现。

进入21世纪，随着国家经济实力的不断增强和隧道技术的快速进步，汕头海湾隧道工程被提上建设日程。2008年5月，广东省交通厅组织了50名专家进行了第一次可行性研究。彼时，业内并无同类工程借鉴，“打造一座越海隧道”被许多汕头市民视为不可能完成的项目。

围绕汕头海湾隧道建设的种种争论贯穿了工程始终——建桥，还是建海底隧道？是盾构隧道，还是沉管隧道？是进口盾构还是国产盾构？面对海底孤石、基岩，是直接掘进，还是进行预处理？

多次到现场调研的中国工程院院士钱七虎、孙钧、周福霖等了解到相关情况后，都称汕头海湾隧道为“世界级挑战性工程”。最终，经过大量调研，2009年8月，建设海底隧道的可行性报告通过广东省交通厅评审；2011年5月，汕头海湾隧道正式批复立项；2015年2月，汕头海湾隧道开工建设。

“一中一外”两台盾构同场竞技

海底隧道建设，需要采用盾构机掘进技术。盾构机诞生于国外，我国虽然在21世纪初开启了盾构国产化进程，但国产盾构应用范围有限，许多项目承建方都倾向于选择成熟的进口盾构，而不愿承担国产盾构应用过程中所带来的风险，以至于国产盾构仍有许多空白需要填补。

在盾构机选择上，无论是广东省交通厅、汕头市政府，还是建设单位中信集团、设计单位湖南省交通规划勘察设计院、施工单位中铁隧道局等，都承担了巨大的压力和风险。

一边是技术成熟的进口盾构，一边是正在成长需要在实践中汲取“营养”的国产盾构，到底要选择何种方案？面对汕头海湾隧道这样的“世界级挑战性工程”，选择进口盾构无疑能降低风险，这种方案在当时专家技术人员里面占据了主流。

但洪开荣技术团队力推采用国产盾构。“一方面是基于国产盾构是施工单位、设备制造单位与科研单位优势互补的结晶，我们充满信心；另一方面，作为国家重点工程的建设者，不仅要对工程负责，更要对国家和历史负责。”洪开荣说，没有从天而降的胜利，与推动民族工业的发展相比，虽然这样需要承受的压力更大，但值得，“这也是汕头海湾隧道应该有的责任和使命。”

最终在洪开荣技术团队的坚持下，各方都认可了支持民族工业发展的方案，并在建设过程中给予了大力帮扶和支持。“一中一外”两台盾构同场竞技的方案被确认，国产盾构第一次迈进15米级超大直径领域。

为突破国产超大直径泥水盾构研制及应用技术瓶颈，2014年，以洪开荣为核心的研究团队开展了国家高技术研究发展计划（863计划）课题“超大直径泥水盾构关键技术研究及应用”研究工作。2018年4月，进口盾构从汕头海湾隧道南岸始发；2018年10月，国产盾构亦从汕头海湾隧道南岸启航。国产盾构和进口盾构先后始发、同向掘进、同台竞技。

近50次专家研讨逐一破解难题

汕头海湾隧道全长6680米，其中海底隧道段长3047米，是国内最大直径越海盾构隧道，也是国内首条在8度地震烈度区建设的海底隧道，综合难度是同类工程的顶峰，具有“大、高、硬、浅、险”等五大施工难点。

“大”是指盾构机直径达15.03米，属于超大直径；“高”是指地处高地震烈度区，达到8度；“硬”是指岸上段孤石和海中基岩段，岩石强度高达216兆帕；“浅”是指盾构机上方覆盖层厚度薄，在始发地段隧道上覆土体仅为8.2米；“险”是指海湾隧道处于高度软硬不均地层，海底软土稳定性极差，施工难度大，安全风险高，特别是盾构机需要穿越的三段长达182米基岩凸出段。

每一项技术革新，既离不开施工现场的技术攻关，也离不开后方科研团队的潜心研究。建设过程中，汕头海湾隧道项目部成立了钱七虎、孙均等院士专家委员会，设立了周福霖、王复明、陈湘生等院士工作室，成立了盾构及掘进技术国家重点实验室的现场实验室，召开了近50次研讨会，邀请行业领域的专家研讨攻关。

中铁隧道局汕头海湾隧道项目党工委书记陈广江回忆道：“我们依托国内唯一的盾构及掘进技术国家重点实验室，随时将现场采集的地层标本送到郑州进行检测，每一块漂洋过海上千里的石头，最终都化成了盾构机向前掘进的针对性参数、刀具设计和防护措施。”

在院士专家的把脉指导下，技术人员相继攻克了孤石群地层掘进、高黏度软土地层掘进、长距离浅覆土高水压掘进、海中高强度基岩凸起、淤泥地层带压进仓等世界级施工难题。

打破质疑开创多项国内先例

起初，行业内不少人起初对盾构机直接通过的方案持怀疑观点，但随着时间的推移，盾构机一米一米的向前，怀疑声逐渐被肯定和赞叹取代。每一次小心翼翼地穿行，都吸引了大量的调研观摩团队。最终看着成形的隧道摆在眼前，大家都惊叹不已：“你们抢先拿到了建设海峡隧道的门票！”

据介绍，汕头海湾隧道跨海隧道段处于海中主航道下方，有三段基岩凸起，长度约182米，凸起的基岩强度达到216兆帕，面对超高强度基岩，许多专家认为不能直接掘进，应进行预处理。

洪开荣技术团队坚持盾构直接掘进。他们依托盾构及掘进技术国家重点实验室进行了一系列破岩试验，提出了可利用适宜刀具和合理的掘进参数，建立了泥水参数与稳定压力相结合的工作面稳定性控制关键技术，实现了在海底极端软硬不均地层的可掘可稳。

从2019年7月8日到2020年2月5日，在对刀具、刀筒等进行针对性的大胆革新后，历时156天，最终安全顺利通过基岩凸起段，开创了国内采用盾构机直接通过基岩的先例。

值得一提的是，东线隧道的成功贯通，为西线的掘进积累了宝贵经验——西线掘进时对纵断面进行了适当调整，有效地减少遇到孤石的概率；西线还创下了单班掘进7环共14米、单日掘进12环24米，月掘进432米的施工记录，工期比东线缩短了81天。

如今汕头海湾隧道贯通，证明了洪开荣的坚持没有错，“三大海峡通道是无数国人的期盼，也是中国隧道界的"珠峰"，其工程地质、水文地质及环境条件更为复杂，我们必须超前探索、进行技术储备。”

据汕头海湾隧道项目部有关负责人介绍，目前东、西线两台盾构机均已位于北岸接收井，施工单位将于9月中上旬进行拆机作业，边拆边转场，预计年底前可以完成拆解作业。同时，隧道贯通后，还将进行隧道内部建设，预计将于2021年亚青会举办前实现通车。

■延伸

创新技术根治盾构掘进“顽疾”

海湾隧道项目工程的成功，离不开创新与科技。据介绍，盾构机是建设隧道的利器，前方刀盘上分布了几十、上百把刀具，通过刀盘的旋转，刀具切削磨碎前方的障碍物，实现不停地向前推进。

但遇到软土黏性地层，刀盘刀具容易结泥；在遭遇极硬的岩层时，又易出现刀具异常磨损破坏等情况。海底隧道通常都会遭遇软硬不均地层，两种情况同时存在、此起彼伏。

刀具刀盘结泥是盾构机掘进的顽疾，难以根治，传统的掘进参数控制、泥浆环流控制、添加离散剂、进仓清理等措施无法在根本上解决结泥饼问题。

在国产盾构制造之初，洪开荣就提出了“顺流者畅，纹流者滞”的理念，可以利用常压刀盘的结构特点，优化泥水循环系统，加大刀盘前方的泥水输入量，既加强面板的冲刷防结泥，又能够更好解决滞排问题，具有安全性高、效率高、成本低的优点。这一关键技术，彻底解决了盾构机容易结泥的问题，让盾构机始终处于高效健康的掘进状态。

为更有效应对超强硬岩，中铁隧道局还进行了一系列创新，如采用重型滚刀并且加宽刀刃厚度、升级刀圈的梯度硬度设计、常压滚刀防后退监测装置、常压滚刀刀具安装优化创新、刀具螺栓强制防松等，并形成了刀具运行状态智能监测融合掘进参数评价的理论与关键技术，实现了刀具可感可知可换。据统计，汕头海湾隧道东线盾构海域182米基岩凸起段掘进共计换刀225次，平均每掘进1米需要更换刀具2.5次。

■记者观察

中国技术挺起中国制造“脊梁”

苏埃湾海面上，候鸟群飞、海风拂面，处处皆是大自然的和谐之美；海面之下，一条“巨龙”穿海而过——汕头海湾隧道工程，正加紧建设。

这是一条具有特殊意义的隧道：它是目前国内最大直径断面的过海盾构隧道，是国内首条在8度地震烈度区建设的海底隧道，也是国内唯一兼具城市道路工程与一级公路的水下盾构隧道。同时，它还是汕头第一条穿海隧道，第三条过海通道，对构筑“一湾两岸”城市发展格局具有重要意义。

更深一层的意义，是汕头海湾隧道见证了我国在隧道建设方面的突破。汕头海湾隧道的难，不仅难在已探知的五大挑战，更体现在层出不穷的未知挑战——此前，无类似工程可供借鉴。

中国工程院院士周福霖曾评价道：“汕头海湾隧道海底段只有3047米，长度虽不算长，但这是一个里程碑式的工程，建设过程中形成的高烈度地区隧道建造体系，对未来中国隧道建设、世界隧道建设将起到一个示范作用，对我国未来开工建设的琼州海峡隧道、渤海海峡隧道、台湾海峡隧道等具有重要的指导意义。”

在汕头海湾隧道这个“世界级挑战性工程”的舞台上，多项前沿研究交叉汇聚：中铁隧道局与广州大学、西南交通大学共同进行高烈度地震区海底超大直径盾构隧道地震响应规律及抗震技术研究；与中铁装备共同开展盾构机设计制造专题研究；与中南大学共同研究海底单管特长隧道防火关键技术；与盾构及掘进技术国家重点实验室、同济大学进行土-岩-孤石混合地层超大直径盾构装备及施工关键技术研究……

这既是一项超级工程，也是一座学校、一所实验室。各行业的大咖群星荟萃，多领域的前沿成果不断碰撞融合，为我国未来的长距离深埋海峡隧道奠定了技术基础。

不得不提的是，汕头海湾隧道采取“一中一外”两台盾构同场竞技的方案，其中西线采用的是我国首台国产超大直径盾构机，打破了国外品牌的长期垄断，体现了中国制造的创新实力。西线的贯通，代表着这台国之重器，完成了一次史无前例的“硬核穿越”，填补了国产盾构水下大断面隧道极端工况施工的行业空白，开创了水下大断面盾构隧道施工技术新方向。

随着汕头海湾隧道于近日实现东、西双线贯通，这条连接汕头南北两岸的海湾隧道，将进一步完善我国东部沿海地区交通体系，加速粤东地区经济发展，助推我国在高端工程装备领域由制造大国迈向制造强国，挺起中国制造的“脊梁”。

汕头海湾隧道贯通时间轴

2018年3月21日

汕头海湾隧道西线盾构机刀盘完成吊装下井

2018年4月17日

汕头海湾隧道东线盾构正式掘进

2018年10月23日

西线盾构正式掘进

2018年12月11日

汕头海湾隧道项目成立院士工作室

2019年4月15日

东线盾构机完成一千米掘进

2019年7月8日

决战东线基岩凸起段号角吹响

2019年8月28日

西线盾构突破一千米

2019年9月

东线盾构掘进施工率先到达两千米，历时约17个月

2019年12月31日

西线盾构掘进突破两千米

2020年2月5日

东线突破海中182米基岩凸起段掘进施工任务

2020年5月16日

汕头海湾隧道东线贯通

2020年5月22日

西线盾构掘进攻克第三段基岩凸起段

2020年8月7日

汕头海湾隧道西线贯通

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