環球信息:穿海地鐵，隧道是怎樣建成的

廈門地鐵1號線行駛至跨海路段，乘客透過車窗欣賞海景。

實習記者都芃

(資料圖片)

近年來，我國已經有多條跨海地鐵投入運營。地鐵跨越大海的方式有兩種，一種是在海面架設橋梁，另一種是借助隧道從海底穿行，后者是目前地鐵跨海的主要方式，這樣的地鐵線路也被形象地稱為穿海地鐵。它們便利公眾出行、推動城市發展，同時展現了我國交通工程建設領域的非凡成就。

春季的大連梭魚灣，海風吹拂，碧波涌動。平靜的海面之下，伴隨魚群游弋，一列列地鐵列車從數十米深的海底疾馳而過。

今年3月中旬，大連地鐵5號線正式開通運營，這是我國東北地區第一條跨海地鐵線路。該地鐵海底隧道段全長2.882公里，其中海域段全長2.31公里，列車從海底通過僅需3分鐘。

除了大連地鐵5號線，近年來我國已經有多條跨海地鐵投入運營。它們便利公眾出行、推動城市發展，同時展現了我國交通工程建設領域的非凡成就。

地鐵穿海不再新鮮

地鐵跨越大海的方式有兩種，一種是在海面架設橋梁，另一種是借助隧道從海底穿行，后者是目前地鐵跨海的主要方式，這樣的地鐵線路也被形象地稱為穿海地鐵。

我國目前已經有多條穿海地鐵開通運行，其中最早投入運營的是于2019年底開通的廈門地鐵2號線。該線路連接了廈門本島與島外的海滄區，其中穿海隧道全長2.784公里，從海滄灣公園站始發，沿海滄大道向北敷設，以0.5公里曲線半徑下穿入海，經大兔嶼、廈門西港，于國際郵輪碼頭上岸，再以0.35公里曲線半徑下穿至郵輪中心，抵達終點郵輪中心站。該線路途經中華白海豚國家級自然保護區的核心區——海岸觀光區，同時又下穿廈門西港主航道、國際郵輪碼頭，因此在施工過程中要嚴格控制各種污染源。

在廈門地鐵2號線之后建設的廈門地鐵3號線也是一條穿海地鐵。該線路連接廈門本島和島外的翔安區，過海隧道長約6.5公里，其中海域段長度約為4公里，復雜的地質條件增加了施工難度。

除了廈門，青島也擁有兩條穿海地鐵線路，分別是青島地鐵1號線和青島地鐵8號線。青島地鐵1號線的跨海隧道全長8.1公里，其中過海段長約3.49公里，連接了分布于膠州灣兩側的西海岸新區與主城區。線路海域段設置有兩條主隧道，相距0.15公里以上，海底部分最深處達0.088公里，也是我國目前最深的穿海地鐵線路。青島地鐵8號線則在北側再次跨越了膠州灣，其海域段長5.4公里，過海隧道的最大埋深為海面下0.056公里。

最新開通的大連地鐵5號線雖然在長度和深度上不及上述“前輩”，但其建設過程同樣充滿挑戰，需要攻克“長、大、高、險”四大施工難題。

“長”是指在高強度硬巖地層中掘進距離長，盾構機需連續穿越長度為2.882公里的硬巖地層。“大”是指環境風險大，大盾構下穿航道、碼頭等重要構筑物及交通設施，有風化槽、斷裂帶、軟硬不均地層，遍布灰巖、輝綠巖及鈣質板巖，巖石抗壓強度高，最大抗壓強度118兆帕，施工難度大。“高”是指隧道埋深大、水壓高，最大水頭壓力0.5兆帕。“險”是指隧道穿越長度為1.538公里的巖溶強烈發育區，勘探發現大小溶洞1000余個，溶洞探測、處理難度大且具有一定危險性。

正是由于這四個難點的存在，業內專家將大連地鐵5號線建設稱為“世界性難題”，而該項穿海工程最終獲得了2021年國際隧道行業最高獎項——ITA隧道獎。

盾構機海底“顯神通”

地鐵穿海，隧道先行。地鐵能夠如游龍一般，在海底鉆入又鉆出，都要歸功于海底隧道。我國在這一領域經驗豐富，多條具有世界級難度的海底隧道誕生在中國，比如港珠澳大橋海底隧道。

雖然海底隧道看上去都差不多，但不同地質環境下海底隧道的建設方式存在差異。例如，港珠澳大橋海底隧道建設地點位于珠江入海口，此地有平整的海底淤泥環境，較適用于海底沉管隧道建設。沉管可以預先在加工基地進行制造，隨后用拖船運輸到安裝現場逐節進行安裝。最后沉管隧道實際上是被放置在海底地基上的，依靠沉管本身的強度保持穩定。

不過，我國一些穿海地鐵建設海域，其海底地形崎嶇、地質環境復雜，并不適用于沉管隧道建設，此時泥水平衡的盾構施工法便派上用場，它可以在海底隧道建設中“大顯神通”。該方法最為顯著的特點是借助盾構機向盾構開挖面的密封隔倉內注入泥水，通過泥水加壓和外部壓力保持平衡，以保證開挖面土體結構穩定，不至于發生塌陷。

具體來講，盾構施工法的操作過程是，盾構機在推進時，其開挖下來的土進入盾構機前部的泥水室，經攪拌裝置進行攪拌，攪拌后的高濃度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面經過分離后再被送入地下盾構的泥水室，不斷地進行排渣凈化，以供后續使用。這種施工方法的好處是可以控制地層沉降變形，同時也能夠減少對周邊環境的影響。

盾構施工法的好處雖多，但其施工過程往往充滿不確定性。以廈門地鐵2號線海底隧道建設為例，其海底的工程地質和水文條件復雜，盾構機需要穿越花崗巖、泥質砂巖、凝灰砂巖、石英砂巖等多種巖層，其中強度最高的石英砂巖，其抗壓強度高達192兆帕，相當于普通混凝土的6倍。同時，盾構機還要穿越強度極低的6條風化槽、軟巖、軟弱破碎帶、擠壓帶、富水帶等特殊地層，地質軟硬嚴重不均，極易造成盾構刀具磨損。

曾任中鐵十四局集團有限公司廈門地鐵隧道項目總工程師的徐磊回憶道，在進行廈門地鐵2號線海底隧道掘進時，曾遇到一大堆史無前例的孤石群。經后期勘探，這堆孤石群的長度達13.5米，多由長度約1.2米的巨石組成。“由于孤石群阻擋，盾構機根本無法實現掘進，一往里推，孤石群就亂跑。”徐磊說。

后來，施工方又嘗試了風鎬鑿除、靜態爆破等傳統辦法，但均以失敗告終。最終施工單位尋找到一種液壓割鋸，將每塊巨石切割成小塊，然后人工進倉運出。“累計帶壓進倉3475倉，人工清理孤石1000多立方米，海上爆破處理孤石2519立方米，海底帶壓換刀712把。”徐磊說，這在國內隧道施工史上十分罕見。

組合工法使效率倍增

盾構法已經成為我國穿海地鐵隧道施工的主要工法，但為了提高施工效率，在高巖體強度的施工位置，為了配合盾構法施工有時還會采用礦山法，即利用爆破造成巖石破裂松動，以邊爆破邊支撐加固的方式向前掘進。例如，在廈門地鐵3號線海底隧道建設中，采用了“礦山+盾構”的組合工法，這是我國首次在海底隧道建設中采用這一組合工法，此后在青島地鐵8號線等穿海地鐵的建設中同樣使用了這一組合工法。

廈門地鐵3號線海域段區間長約4公里，存在多個風化槽、風化囊、基巖突起等地質現象，地質勘察整整用了一年半才完成。正是因為地質環境復雜，僅用一種工法難以應對，且施工風險極大，所以施工單位選擇了“礦山+盾構”組合工法，大大提升了施工效率。

在采用礦山法施工的海域段，存在著多個風化槽，它們是施工的主要難點。風化槽是海底巖層因風化作用形成的深坑，它豎直地嵌入巖層，形成全強風化帶。

“風化槽如同外脆內軟的‘夾心餅干’，不動它時，它結構穩定，一旦有外力輕輕一碰，就有可能破碎。此外，風化槽與海水相連，極易產生涌水突泥及坍塌，風險極大。”時任廈門軌道交通集團建設分公司3號線過海段項目經理劉典基說，受風化槽影響，廈門地鐵3號線礦山法隧道施工每月只能掘進大約0.13公里，而隨著工程進度的推進，施工難度越來越大，到貫通前的幾個月，每月掘進不足0.013公里，施工過程如履薄冰。

為了穿越如“夾心餅干”般的風化槽，工程人員用水泥漿和水玻璃配置出特殊的雙液漿，注入風化槽斷面內，擠走里面的水分，將“夾心餅干”固結，再用炸藥炸碎，進行開挖。

不過，正是在一次次攻堅克難的奮戰中，我國交通建設者積累了大量寶貴經驗，使我國在隧道建設領域躋身國際一流行列。

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