汕頭灣底“蛟龍”舞——世界首條時速350公里高鐵海底隧道貫通記

汕頭灣，跨越難。

廣東汕頭內海灣，是我國重要的海上交通樞紐，這裡商船如織、航線繁忙。用高鐵連通南北兩岸，架橋會阻礙通航，建設隧道便成為首選方案。

汕汕高鐵汕頭灣海底隧道是世界首條時速350公里高鐵海底隧道，全長9781米。隧道採用鑽爆法和盾構法從南北兩端雙向掘進，設計與建造難度堪稱世界級“工程教科書”。

近日，經過4年多艱難掘進，工程團隊突破高烈度地震區、複雜地質條件、超高水壓等多重難關，汕頭灣海底隧道成功貫通。它宛如“海底蛟龍”斜跨汕頭灣，連接起珠三角和粵港澳大灣區，為區域經濟發展注入強勁動能。

內外加固方式：穿越海底地層最薄處

“地處高烈度地震區，穿越17條斷層破碎帶，承受海底近1兆帕超高水壓。”2018年，經現場踏勘確認，中國鐵路設計集團有限公司（以下簡稱“中國鐵設”）汕頭灣海底隧道主管總工程師孟慶余判斷，他們可能闖進了鐵路隧道設計“禁區”。

以從南向北開挖的鑽爆段為例，由於要下穿汕頭灣主航道風化凹槽，爆破作業的洞頂上方，弱風化完整岩層最薄處僅2．36米！一旦爆破失敗，整條隧道將被海水“吞噬”。

繞避絕無可能，加固圍岩成為最有效的解決辦法。

一種建議是，以地下超前注漿方式對隧道周圍及開挖地層進行加固，形成隧道周圈保護層，應對高水壓、多斷層難題；另一種建議是，著眼于施工安全與長遠運營，應該做隧道區域保護層。

第一種方案，需破解漿液滲入難題；第二種方案，國內尚無成熟先例。為確保安全，中國鐵設團隊頂著壓力對兩種方案進行綜合，圍繞一條全新技術路線的攻關由此開啟。

工程團隊在主航道上搭建海上注漿平臺，保障通航的同時，見縫插針“打遊擊戰”。但是，當鑽桿下探至海底百米深處，漿液不僅難以滲入岩層裂隙，還被高壓海水悉數衝釋。

如何解決？岩體不可改變，只能在工藝上想辦法。工程團隊創新施工方法，在海底岩體周邊先加注一圈快凝膠材料，將其“箍住”後，再將超細水泥壓進岩體，封堵裂隙，變“豆腐渣”般的岩體為堅固混凝土。

經過數月作業，一個橫向36米寬、縱向45米長的門字型保護層抵在海底地層最薄處。它猶如一個可靠的棚子，將破碎岩石與高壓海水擋在外側。

但是，海水的侵蝕力遠超孟慶余的設想。當隧道鑽爆至風化凹槽處，地下水氯鹽的侵蝕性已達到最高等級，隧道鋼筋混凝土結構面臨潛在威脅。大家思來想去，決心勇闖“無人區”，在高鐵海底隧道中首次嘗試使用抗壓強度為C50的混凝土結構。

中國鐵設團隊聯合高校開展科研攻關，從基礎材料入手，調整混凝土配合比、首創冰水低溫拌合工藝……經過數十次試驗後，團隊最終掌握了混凝土不裂的方法與工藝。

2022年8月，汕頭灣海底隧道內，第一板C50模築襯砌澆築成功。此後，孟慶余帶領團隊用內外加固方式，讓汕頭灣海底隧道順利穿過海底地層最薄處。

百變盾構工藝：掘進“三重極限”地質段

汕頭灣北岸，灘塗淤泥深厚，入海處淺覆高壓，採用鑽爆法、明挖法作業，坍塌風險很高，種種工況讓盾構掘進方案脫穎而出。

施工前半段，盾構機日行近10米，用時僅4個月，便完成掘進任務。當進入海底深處，盾構推進的速度急轉直下，有些段落一天掘進不足1米！

先遇孤石陣，再碰軟硬不均地層，最後挑戰“鋼鐵”般硬岩……汕頭灣海底隧道盾構段的“三重極限”地質段落，讓中國鐵設汕汕高鐵項目總工程師李為記憶猶新。

100米範圍內，3塊巨型孤石擋在盾構機前。硬頂，存在安全風險；爆破，影響周邊環境。進退維谷之際，同步進行的海上注漿作業給李為帶來啟發：何不採用鑽爆方式破解孤石困局？

團隊從前端打出多個鑽頭，“數箭齊發”破入巨石。隨著裝入的炸藥輕微發力，孤石裂成碎石，轟然坍塌，障礙被清除。

大家原以為，穿過孤石陣，盾構掘進將一帆風順。但形態多樣、軟硬不均的地層讓盾構機再次“受挫”。

問題出在哪？實際地質情況極為複雜，盾構機無法準確調整參數，難以操控掘進姿態。加密實地勘探、匯總地質數據、精準畫像地層……慢工出細活，在團隊的不懈努力下，盾構機順利貫通軟硬不均地層。

就在大家認為黎明即將到來時，沒想到，最後幾百米的盾構“路”卻是最難走的。

當盾構機掘進至全斷面硬岩段落，掌子面頻繁轉入風化槽及節理密集帶地層，堅不可摧的刀具被異常掰斷，潰口磨耗越來越大。屋漏偏逢連夜雨，在這強度高達200兆帕的硬岩中，又遭遇突發掉落大石塊，讓向前掘進的道路雪上加霜。

必須穿過這500余米長的硬岩段！“那段時間，大家都很焦慮，失眠成了常態。”李為回憶。

工程團隊聯合行業專家，經現場調研、論證後，想出一個妙招——“變大口吞咽為小口啃食”。依據這一思路，團隊對盾構機進行施工改造——增設滾動檢測系統、加密刀具數量，讓盾構機穩紮穩打，一步一步向前推進。

硬岩層被逐步“啃食”，但盾構機磨損消耗極大，“趴窩”風險增加。工程團隊再次調整掘進策略，通過精細化維修保養與監測，確保盾構機在海底有效掘進。

3月26日，歷時900多天，盾構施工法隧道與鑽爆施工法隧道最終勝利會師。14．57米的開挖直徑，也讓汕頭灣海底隧道成為當前世界直徑最大的鐵路海底隧道。

練就科技“絕活”：抵抗活動斷層強蠕動

汕頭灣海底隧道時刻承受著來自斷層運動和周圍海水的擠壓，隧道運營安全面臨挑戰。

當得知海底隧道要在8度震區穿越多條斷層破碎帶時，中國鐵設汕頭灣海底隧道設計工程師霍飛“壓力巨大”。“如此複雜的地質構造國內外鮮有耳聞，一旦隧道發生結構性破壞或大錯臺，海水將瞬間涌入，直接威脅高鐵通行安全。”霍飛説。

什麼方法能讓汕頭灣海底隧道不受斷層蠕動影響而屹立百年？

傳統隧道會在盾構管片處預留縫隙，依靠接縫防水設計抵禦高壓滲透。但是汕頭灣海底隧道承受的最高水壓達0．985兆帕，海水在此強壓力下，可形成高達98．5米的水柱。只做接縫防水無法確保萬無一失，其他抗震防斷層的舉措必須跟上。

2020年6月的一天，正在進行抗震調研的霍飛，被一處嵌在建築承重結構與上部結構間的隔震支座所吸引。這種既能在豎向承受建築物重量又能在橫向自由變形的橡膠結構，瞬間打開了他的思路。

何不效倣隔震支座，給汕頭灣海底隧道裹一層隔震抗震的“軟硬層”！

橡膠、泡沫、混凝土……各類韌性強、抗壓性好的材料輪番上陣測試。通過層層篩選，既能在日常抵抗海水壓力，又能在突發地震時吸收地震能量的柔性隔震材料被找到。

3個月後，當隧道掘進至F9斷層處，疲勞測試在實驗室同步開展。安裝在隧道外層的柔性隔震材料，在模擬地震載荷與真實高水壓環境中，經受住了一動一靜的極限施壓，始終保持良好的隔震性能，順利通過測試。

與此同時，在盾構機入海前，安裝在管片接縫處的密封墊，也在伺服液壓裝置上接受了多次震動和錯動考驗，實現了“震中不漏、震後不滲”的既定目標。

當前，柔性隔震層、密封墊被廣泛應用在汕頭灣海底隧道中，它們已成為隧道抵抗地震斷層蠕動和超高水壓威脅，實現“以柔克剛”必不可少的科技“絕活”。

“汕汕高鐵是我國‘八縱八橫’高鐵網主通道之‘沿海通道’的重要組成部分，正式開通運營後，時速350公里的高鐵百秒即可跨越汕頭灣。”展望未來，李為信心滿滿，“我們將繼續攻堅克難，錨定鐵路科技創新，努力在更多複雜地質條件下書寫工程建設傳奇。”