世界最大断面公路隧道是如何贯通的

■本报 陈仕奇 本报 伍 振

日前，历经5年时间，中铁十八局集团参与建设的世界最大断面公路隧道——拱北隧道全隧贯通，这条隧道便是世界最长的跨海大桥——港珠澳大桥珠海连接线的控制性工程，其暗挖段“曲线管幕+水平冻结”的施工工法为世界首创，难度、规模和技术含量刷新了数项世界纪录，被誉为“地下神九”。

“针尖上跳舞”式施工：

挑战世界难题

港珠澳大桥珠海连接线的控制性工程——拱北隧道全长2741米，由海域人工岛明挖段、口岸暗挖段以及陆域明挖段三种不同结构的隧道连接而成。

在这座世界级难度的隧道建设过程中，最难的是暗挖段，虽然长度仅为255米、两三分钟就可以走完，但却创了多项新纪录。19米宽、21米高、开挖轮廓面积达336.8平方米的体量，接近一个篮球场的大歇—这让其成为当今首座采用管幕冻结法施工的世界最大断面公路隧道。

暗挖段地处类似泥潭一样的高富水地质结构区，同时，下穿日均人流量超30万人次的我国最大出入境口岸拱北口岸，拱北隧道施工面临的难题几乎集中了迄今人类建设隧道的全部难度，其管幕长度、管幕面积和冻结规模，均刷新了世界纪录。

“什么叫在针尖上跳舞，拱北隧道就有最为形象的诠释１中铁十八局集团副总经理、总工程师韩利民说。

为了破解这一世界性难题，他们采用“曲线管幕+水平冻结”的施工工法施工，即沿着隧道的开挖轮廓线，在336.8平方米的断面上，布置36根直径1.62米、长255米的钢管，组成环形“管幕”支护体系，防止周围土层坍塌、地表沉降，然后再用冻结法把管幕周围的土层温度降至零摄氏度以下，形成一个防水壳再进行隧道的开挖作业。

“泥鳅穿豆腐”式顶进：

曲线对接零误差

拱北隧道土层软弱，富含地下水，承载力低，被称为“汉堡包”地层，就像“汉堡包”中的夹心肉一样。

也就是说，隧道穿越的部分包含淤泥质粉质黏土、淤泥质砂等地层，而其上面就是拱北口岸。

在隧道开挖之前，第一个拦路虎就是超大曲线管幕施工。与普通直线管幕顶进技术不同，该工程需沿着“88米缓和曲线+167米圆曲线”的轨迹顶进，以往曲线顶管顶进误差能控制在15厘米就“相当了不起”，而拱北隧道顶进的误差必须控制在5厘米以内，几乎要做到“零误差”。

“顶管过程中最难把握的是对接精度的控制。”中铁十八局集团副总工程师兼港珠澳大桥珠海连接线项目经理潘建立介绍，“这就像泥鳅穿豆腐，顶管机要在软如豆腐般的地层中穿梭36次，但这种穿梭是要让冷冰冰的顶管，依据精确计算，按一定轨迹精准地穿进、精准地穿出。”

255米的顶管被分割成60多节，每节4米，由顶管机一节节向内顶进。过程中，仅仅依靠顶管机的定位功能不能确保顶进精度，他们要进行人工复核。每顶进20米，就需要测量员爬进内径1.58米的钢管内复核，验证顶进轨迹。

2013年6月8日，第一根试验管顺利始发。9月2日，第二根试验管顺利接收。第一根试验管对接精度的上下误差只有2毫米，左右误差约5毫米，相当于一粒普通黄豆的大校这个误差值是施工标准的1/10。2015年5月，最后一根顶管顺利接收，创了“零误差”的曲线管幕施工纪录，确保了拱北口岸安然无恙。

“冰桶挑战”式支撑：

“管幕冻结”保安全

管幕工程的完成，好比人的身体，只是搭起了“骨架”，而紧接着的冻结工程，利用冷却盐水管道这一“血脉”，沿着“骨架”循环，最终才会构成完整的“人体”。

“如果对这个336.8平方米的管幕群直接开挖，极易导致隧道整体垮塌。为此，我们创造性地采用超大断面水平环向一次冻结技术。”项目副总工程师刘应亮解释说，就是把暗挖段高23米、宽20米、厚2.6米、纵向长度255米的地段，变成一个巨型的“冰柜”，利用人工制冷技术，把松软含水的土层变成冻土，将管幕的顶管包裹，再将隧道完全封闭，形成冻土完成对隧道结构的支撑增加其强度和稳定性，以便在冻结壁的保护下，安全进行隧道的开挖作业。

他们采取管幕钢管内部布置“圆形主力冻结管”“异形加强冻结管”和“升温盐水限位管”三种特殊管路构成的冻结方案，解决施工中遇到的难题。

单根管幕直径1.62米、平均长度225米，36根顶管将隧道主体结构固定，进入管幕内，狭小的空间只能容纳一个人爬行前进。他们在管幕的每根顶管里面都布置了这样的冷却管，冷却管循环输送零下28摄氏度的低温盐水，把土体的热量带走，这样就在隧道外侧一周形成坚硬的冻土。无论外部是多高温度，顶管内部必须保持“冰天雪地”，最低接近零下20摄氏度。

为解决冻土开挖难题，中铁十八局集团将巨型“冰砖”分割成“九宫格”，5层14个导洞同步开挖，立体交叉作业，在每个导洞分做3个微小台阶，每个小台阶配置一台小型挖掘机开挖冻土，人工配合修边，大大提高了工效。

一桥飞架粤港澳，湾区迎来新动脉。“地下神九”拱北隧道的安全贯通，为港珠澳大桥按期建成通车打下了坚实基础！