探索越海隧道建设全新技术范式

珠海隧道工程海底隧道作业现场。

超大直径泥水平衡盾构机“开拓号”刀盘进厂安装。

珠海隧道工程TJ2标作业现场。

    西江入海口的磨刀门水道，烟波浩渺，百舸争流，这片江海交汇的水域，既是珠海东西城区的天然地理分界线，又曾是工程建设的“难啃硬骨头”。水下30多米深处，一条长约5公里的隧道横亘东西，这便是珠海人民翘首以盼的珠海隧道。它的诞生，让车辆5分钟穿越磨刀门水道成为现实，而这份便捷的背后，是建设者们5年多的技术攻坚，是一场从建造到智造的工程科技跃迁。

    5年多前，国内隧道工程行业的顶尖团队齐聚珠海磨刀门，摆在他们面前的是一连串行业性难题：海域复合地层超大直径盾构、临海软土超深基坑开挖、城区极小净距矿山法隧道爆破施工等多重挑战。从厚达七八十米的软土到坚硬如铁的花岗岩地层，珠海隧道的施工地层堪称“地质博物馆”，常规的设计与施工技术根本无法适配。

    “难题就是课题，卡点就是起点。”珠海隧道工程代建方——珠海交控集团旗下的珠海市轨道交通有限公司董事长门小雄的话，成为全体建设者的共识。技术团队思虑再三，下了一步“先手棋”——超前谋划，设计阶段即针对工程实施中可能面临的重大技术难题，携手国内多家重点高校和国家重点实验室，决定攻克5个方向的难题，近20项子课题，在广东省科技厅顺利立项并获得科技基金支持，把论文写在施工一线，科研与现场生产同步，一个个工程“卡脖子”问题被逐一破解。

    “历经5年，我们先后破解了超大直径盾构设计、深基坑开挖、矿山法微振动爆破等五大领域课题，斩获17项发明专利、16项实用新型专利、5项省级工法等丰硕成果，为我国越海隧道建设提供了全新技术范式。”门小雄说。这场跨越5年的技术攻坚，让珠海隧道成为我国越海隧道智能建造的典范。

    撰文：董谦君

    珠海交控集团供图

    深挖基坑 在软土中掘出硬核“安全屋”

    磨刀门水道，是珠海市内最广阔的西江入海口，也是珠海市域东西部分的天然分界线。

    30多年前，珠海大桥的建成通车，首度“缝合”了地理隔阂，为敢为人先的特区人打开了广阔的西部空间。

    一代工程人有一代工程人的使命。30多年后，珠海隧道的建设者们接过接力棒，用更精细的技术、更硬核的创新，在江海之畔书写新的工程答卷。

    如果说珠海大桥靠的是“逢山开路、遇水架桥”的闯劲，珠海隧道则更像是在“海底穿针”的精细手艺活，而这门手艺的第一道考验，便是在深厚淤泥中开挖超大超深基坑。

    珠海隧道项目自2020年12月开工以来，面临“大、难、险、新”等多项挑战。作为珠海首条超大直径海底盾构隧道，其技术难度与环境复杂性皆属空前。

    尽管做好了对困难的预估，但问题似乎出现得比想象中更早。在实施掘进之前，需要在深厚淤泥中先挖一个超大超深的基坑，才能让超大直径的盾构机这一庞然大物有施展空间。

    “这里的软土黏聚力低、压缩性高，被工程人称为‘流动的淤泥’。临海软土深基坑施工是行业共性难题，稍有不慎就可能出现大变形，甚至坍塌，类似工程时有发生事故，让人如履薄冰。”该标段的负责人郭保和与轨道公司分管领导任辉回忆时，“开头难”的惊险经历仍历历在目。

    尽管做足了困难准备，险情还是比想象中来得更早。2021年12月24日晚，珠海隧道的基坑施工现场，被紧张的气氛笼罩。在深达数十米的基坑中，用于支护的地下连续墙出现变形陡增。那一刻时间仿佛放慢了脚步，现场紧张得连空气都几乎凝固。

    面对这一突如其来的困局，建设团队没有被击垮。

    早有预见的工程团队，在珠海隧道工程启动之初就组建了由陈湘生、杜彦良、王复明3位中国工程院院士与参与港珠澳大桥、深中通道建设的一批隧道与地下工程行业资深专家共同组成的珠海隧道工程技术专家委员会。

    当日夜里，省内外专家星夜奔赴施工现场，有的专家甚至从江西等地连夜驱车千里支援珠海，与此同时，从佛山、广州、深圳调集的100多名抢险人员、数十台设备就位待命。

    提出方案、反复论证，专家和技术团队日夜奋战、群策群力，施工人员紧急在基坑底部浇筑混凝土“底板”，为工程拉下安全闸门。

    这只是成功的第一步。要想顺利开展后续施工，就必须控制住暗流涌动的地层，一旦失控，后果不堪设想。

    “控制软土变形只有加速其固结。”技术团队结合室内科研实验与现场实测试验数据，在揭示和掌握临海软土的固化机理后，针对性地提出了软土加固新配方，将适当的固化材料注入软土层，为软土“注入骨架”，使其从松散状态转变为稳固的整体结构。

    一次次讨论，一次次验证，大家的信心逐渐建立起来。与此同时，工程人员还通过三维仿真模拟计算，将计算结果与实测数据进行对比研究，并采取动态化的“设计—施工—监测”联动管理。

    一套“组合拳”下来，有效控制了临海深大软土基坑的稳定和变形。

    临海复杂环境明挖隧道技术正是工程前期明确要攻克的五大课题之一。“实际上，富水软土深基坑变形控制是行业痛点，也是临海软土深基坑的共性难题，珠海隧道的解题思路为后续的类似工程提供了可借鉴的全套解决方案。”具有岩土工程专业博士学历的门小雄感触颇深。

    海底穿越 打通“豆腐+钢铁”复杂地层

    事实上，在整个工程施工中，基坑的难题只能算是“前菜”。随着盾构机掘进的实施，真正的考验接踵而来。

    临海复杂环境仍是最大“拦路虎”。穿越中段后，地层下方的花岗岩线逐渐上移，隧道需要同时穿越上层极软淤泥和下层极硬的花岗岩，“上软下硬”地层的覆盖长度为国内同类工程所罕见，常规施工技术难以应对。

    什么样的盾构机才能担此重任？负责施工的中铁隧道局请来专门设计制造“大国重器”盾构机的中铁装备集团首席专家、全国劳模王杜娟与项目技术团队一起对盾构机进行针对性设计。

    珠海隧道采用两台15.01米超大直径盾构机，分别是开拓号与奋进号“两兄弟”，从设备选型到整机下线，珠海隧道工程TJ2标项目机械总工丁振用两年时间跑了14个城市，没日没夜地翻图纸找厂家。

    盾构机的制造过程堪称“大刀阔斧”，但其作业精度却犹如“绣花功夫”。两台超大直径盾构机刀盘由6个边块、1个中心块等组成，各分块运输到现场后，在刀盘焊接平台上进行拼接组装与焊接，调整并确保中心块整体水平度≤1毫米。

    “不行，这误差太大，都快2毫米了，中心块整体水平度重新调整，误差必须在1毫米以内”。丁振说，在调整开拓号盾构机刀盘中心块时，仅1毫米的误差，就已经调整了上千次。

    1毫米的精益求精，终于铸就了15.01米的大国重器。在盾构机入海时，直径15.01米的庞然大物需要从陆地斜向潜入海底，上方覆土厚度实际只有9米，且几乎都是无法自稳的淤泥。

    入海即遇浅覆土，行业内真正干过大盾构的人都知道，这种地质条件下盾构掘进稍有不慎即可能出现“盾构管片上浮漂移”的巨大风险和“海中击穿冒顶”的灾难事故。

    技术难题摆在眼前：海中淤泥质软土无法加固成形，设备在水底的施工精度更是难以保障。

    屋漏偏逢连夜雨。此时在盾构机前方淤泥中发现了侵入洞身的大量抛石和两艘沉船，加上防洪大堤和珠海大桥保护对施工精度的高要求，各种不利情况让技术团队如临大敌。制定的方案反复推倒重来，先后提出四五种方案，现场试做了三种方案，正式召开了三次专家研讨会，“深圳大学陈湘生院士、港珠澳大桥和深中通道首席顾问陈韶章、广州地铁盾研所首席专家竺维彬三位权威专家都亲临现场做了详细指导。”门小雄回忆当时的情景时，心中满怀感激。在项目管理团队的不懈努力和专家团队的支援下，所有技术难题和现场问题最终都得到圆满解决，盾构机有惊无险地穿越了这段让人胆战心惊的区域。

    “当时，我们每隔一个小时都在岸上观察盾构机上方的水里有没有冒气泡，结果一个都没有发现。”项目总监廖文江回想起来都是如释重负。

    通往目标的道路没有捷径可走，耐心细致、精益求精是唯一选择。随着掘进过程的不断推进，盾构机所抵达的区域，刀盘顶部及刀盘中部以上为淤泥地层，刀盘中部以下为花岗岩及孤石地层。淤泥地层像“豆腐”一样软，花岗岩及孤石地层像“钢铁”一样硬，对超大直径泥水盾构掘进参数控制及刀具管理是一大挑战。

    面对极端施工环境，更多的技术创新被陆续逼了出来。团队依托国家重点实验室盾构大数据平台，从参数优化、参数分析、参数执行、参数反馈及刀具研判等方面出发，采用了盾构机整机搭载的刀具磨损检测系统、温度检测系统、油水监测系统等，确保盾构机主驱动及刀具在掘进过程中的安全稳定。

    最后，两台盾构机实现了西江出海口海域长距离基岩突起地层直接掘进，海底岩石无需额外提前处理，大幅提升了施工效率，也大幅降低了工程投资。业内专家一致认为这是目前国内乃至世界施工效率最快、掘进最顺利的超大直径泥水盾构隧道。

    科研突破 构建越海隧道建设技术体系

    珠海隧道建造的科技含量有多高？从这组数据中可见一斑。

    从方案设计最开始的科研规划大纲，历时6年，通过团队的努力，演变成为现在超大直径盾构设计、超大直径盾构施工、深基坑开挖、矿山法微振动爆破和隧道信息化管控5个课题19个专题的研究报告。项目建造过程中，科研与现场生产同步，形成“产学研用”一体化攻关体系。项目团队不仅破解了工程建设中的一个个“卡脖子”问题，更构建了越海隧道建设的技术体系。

    目前，珠海隧道建设项目已累计获得33项专利（含5项受理中）、31篇论文（9篇核心及EI、SCI收录）、7项软著和5项省级工法，还有1项国家级QC奖。随着项目的顺利完工，还将不断收获行业认定的成果。

    这些成果不是孤立的技术突破，而是形成了完整的技术矩阵，多项技术达到国内领先水平，甚至填补了部分工程应用空白，为后续同类工程提供了可复制、可推广的经验。

    事实上，珠海隧道的科研成果具有较强的通用性和创新性。尤其是海域复合地层超大直径盾构隧道安全高效掘进、综合管廊共建共用、软土加固技术、数字化场景应用以及电子档案试点等，对于我国沿海地区大量在建和规划的隧道工程来说，提供了宝贵的实践经验和技术参考。

    其中，面对海域复合地层的荷载分布和内力变化极为复杂这一核心难点，项目通过大量模拟计算和现场勘察，精准探明了管片结构外部荷载和内力分布规律，为隧道设计提供了科学依据。

    在项目建设过程中，数字化赋能始终贯穿，不仅改变了传统隧道“粗放式”的管理模式，更是全面提升了隧道建设的安全、质量与速度，真正推动实现了珠海隧道从建造到智造的科技跃迁。

    如围绕“智慧隧道”的课题，面对数字化建设的未来趋势，项目团队在不同场景做了很多探索和实施。主要包含项目管理信息化、监测自动化、盾构掘进数字化、电子档案信息化和运营数字化。

    如在施工阶段，自动化感知技术让盾构掘进实现“精准导航”，数字化控制平台可实时调整参数，提升施工效率和安全性；建立珠海隧道电子档案平台，成为“珠海市首个应用电子档案的市政工程”，实现质量管理相关业务与归档的全过程管理。

    “数字化技术让隧道建设和未来的运营管理更智能、更高效，我们坚信未来智能建造会成为行业主流。”在门小雄看来，珠海隧道的数字化实践，是一次成功的探索，也为后续技术研发指明了方向。

    5年多的技术攻坚，5年多的创新探索，珠海隧道的建设者们用科技破解难题，用智造铸就标杆，让这条穿越磨刀门的隧道，成为我国越海隧道建设的新样本。

    隧道的通车并非终点，而是科研成果价值实现和持续迭代的新起点。随着国家级、省级奖项申报工作的推进，珠海隧道的科技创新经验有望在更广阔的舞台上获得认可与分享，转化为实实在在的交通效能，赋能城市发展，也为我国隧道智能建造、绿色建造注入更强劲的动力。