“基建狂魔”这四个字可以让每一个中国人为之感到自豪,仅2005年到2017年之间,我国就新增高速公路7万多公里,位居世界第一。
既然身为基建狂魔,成绩当然是方方面面的,远的不说,就说2020年开始建设的汕头湾海底隧道吧,它是首个设计时速高达350公里的海底隧道。海底隧道可以跨越大海将两岸陆路的交通连接在一起,那么海底隧道到底是如何建造的呢?对于海底隧道,很多人都不太熟悉,但说到挖洞,我们马上就能想到一件事物,那就是地铁,地铁是城市交通重要的组成部分,它与海底隧道的共同点就是都建造于地下,那么二者的建造方式是否相同呢?
海底隧道的建造于地铁的挖掘有一定的相似性,但也有着明显的区别,因为地铁的建造环境要比海底隧道简单得多。
海底隧道的建造挖掘通常要涉及到多种不同的地质环境,所以也要采用多种不同的建造方式,往往一条海底隧道的建成是多种建造方式共同运用的结果,就让我们一个一个来说说吧。首先是“沉管法”,这是目前国际上建造海底隧道最常用的方法,因为该方法简单方便。所谓沉管法,就是预先将隧道段建造好,然后再运送到施工水面,将每一段预先建造好的隧道逐个沉入水底,然后在水底完成拼接。在拼接完成之后,只需要把隧道内的水抽干,海底隧道的主体就算是建造完成了。
如此看来,建造海底隧道似乎也并不复杂嘛,的确,如果海底隧道都能用沉管法建造,自然会轻松很多,可问题是沉管法的局限性很大,它要求建造施工地段的水文环境能够长期保持稳定,而很多地方都达不到这一要求,所以就必须用相对复杂的方法来进行建造,那就是挖洞。
那么怎么挖呢?在隧道入口部分的挖掘是最为简单的,这一部分通常只需要采用“明挖法”就可以了。明挖法顾名思义,就是直接挖出一条深沟,然后在深沟底部进行支撑,建造隧道,完成之后再将隧道顶部的土进行回填就可以了。之所以隧道入口段可以采用明挖法,一方面是因为此段还没有入海,另一方面是因为入口部分不需要挖得太深。
随着隧道向海底延伸,土质会逐渐发生变化,此时的海底土质通常由淤泥质土层和弱风化花岗岩组成。
相比入口段而言,这一部分的土质更为坚硬,而且已经进入海底,肯定不能够继续使用明挖法了,那么怎么办呢?此时就需要“盾构法”出场了。提到盾构法,参与过地铁施工的人应该都会有所了解,因为这是地铁建造中常会使用的一种现代化挖掘方法。盾构法采用了一种现代化的挖掘设备“盾构机”,该设备可以集挖掘、运土、堆砌支撑于一体,大大提高了挖掘效率,那么盾构机是如何运作的呢?
盾构机实际上就是一个巨型的挖掘钻头,通过十几米的钻头旋转将隧道向前挖掘推进,在挖掘的同时可以通过传送带将挖掘出的泥土运送到地面。
当然,盾构机的作用可不仅仅是挖掘,在向前挖掘的同时,会利用预制的弧形混凝土块将洞壁支撑起来,所以盾构机是一台能够同时实现挖掘和堆砌建造的机器,如果说它有什么缺点的话,那应该就是它的速度了,一般情况下,盾构机每天只能将隧道向前推进几米。盾构机虽然强大,但也不是什么地方都能挖得了。随着隧道向前推进,地底岩石逐渐变得坚硬,此时就必须撤出盾构机,采用传统的挖掘矿山的方法来继续施工了。
所谓传统的矿山挖掘方法,就是先挖出一小块隧道,然后做好支撑,再继续扩大隧道的横截面积,然后把扩出的面积再做好支撑,这样一步一步进行建造。
盾构机能够在挖掘的同时使用混凝土块支撑洞壁,但传统的挖掘方法就做不到这一点,所以如果一次性挖得横截面积太大,就很容易塌方,这就和我们小时候在土地上挖洞是一样的,如果挖得太大,很容易就会塌,所以必须一步一步来。以上就是海底隧道挖掘所涉及的全部施工方法,当然,并不是所有的海底隧道都会用到上述的所有方法,但开头所提到的汕头湾海底隧道就把上面的方法用了个遍,可见这是一条具有相当难度的隧道工程。