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佛山首条过江隧道已通电

来源:未知 时间:2016-06-15 09:36
去年4月底的一个凌晨,佛山东平水道,身高1.75米的赵坤在深约30米的河底,他呼吸急促,汗水浸透衣服,黏黏的沾在前胸和后背;一段长达115米,重达4 .23万吨的隧道管段,以每小时6到8米的速度,和他一起缓缓下沉。
 
这个来自天津的小伙刚毕业不久,还是团队中年纪最小的,他虽只是一名助理工程师,但此刻与他并肩的是数十名曾参与建设“天津海河隧道”、“广州市洲头咀隧道”的高级工程师们,他们将在佛山完成一项史无前例的施工:国内断面最大的公铁合建沉管隧道的管段沉放。
 
这就是佛山汾江路南延线工程项目,也是同址合建的广佛线二期(南延线)工程,更是佛山交通史上首条“过江隧道”。今年6月,项目已经全线电通,预计12月底将开通试运营。
 
隧道如同一条潜龙,穿越东平河下,连接禅城与佛山新城。路线全长4 .3公里,其中下穿东平水道隧道全长约1.38公里,沉管段长445米。
 
建成后,公路按双向六车道、城市I级主干道标准设计;地铁广佛线二期(南延线)则设澜石、世纪莲、东平、新城东4个站。这将极大地缓解澜石大桥、东平大桥的交通压力,加强东平河南北向交通联系,预计地铁和公路的日送旅客或达30万人次。更重要的是,也将开启佛山新城、禅城和广州,三地交通网络60分钟地铁圈时代。
 
广佛线南延至东平新城,以此拓展广佛都市圈覆盖范围,让北部禅城区与南部新城区紧密联系,改善一河两岸的投资环境,最终实现城市转型升级。
 
八年前,2008年2月3日,佛山市政府在十三届27次常务会议作出重要决定,让广佛线南延至东平新城。“以此拓展广佛都市圈覆盖范围,更好支持佛山‘南拓’战略,往南边新城中心发展。”一名佛山城市规划人士称,由于广佛南延线与汾江路南延线工程均要在同一走廊过东平河,“因此,最终统一进行研究。”
 
如今,这一愿景即将实现。过江隧道路线北起澜石路接汾江南路,南至三乐路。在空间上,将北部禅城区与南部新城区紧密联系起来。这个被规划专家称为“一北一南”的“主———亚”双中心结构,将“改善佛山一河两岸的投资环境,最终实现城市转型升级”。
 
八年后,2016年5月15日下午4时,从澜石路尽头望去,繁忙的东平水道河面上,每小时多达上百艘的货运船只穿梭而行。河下,从禅城澜石往新城东,广佛线二期(南延线)穿越东平水道的隧道,已接通成型,地铁轨道也铺设完毕。上百名工人正忙碌着,他们正紧张地进行水下隧道内的施工作业。
 
得益于过江隧道的建设,整个华南地区双地铁、双轻轨的一个中心枢纽站,未来将在佛山新城落成。“4条轨道线在地下进行换乘。未来,去广州南站也就十来分钟,到港澳都在一个小时之内。”较早前,佛山新城党工委委员黄海分析称。
 
最初设计中,有公铁合建沉管隧道方案和桥梁+地铁盾构隧道方案两大方案,选址也有西线、中线和东线。虽桥梁分建方案成本更低,但对周边土地、城市发展影响却不利。
 
然而,如此重要的一条线路,设计之初也是颇费周折。
 
最初,设计师们提供了2大方案和3个位置选址。“一是公铁合建沉管隧道方案;二是桥梁+地铁盾构隧道方案。”项目的一名程姓负责人介绍,在2大方案基础上,有3条选址线路,分别是西线、中线和东线。共计6个方案进行论证。
 
“中线和东线两个位置选址,因涉及到附近澜石码头及其办公地点,先被PK掉了。”该负责人说,因为涉及搬迁码头的问题,费用巨大。
 
但仅剩的西线选址,也遇到了棘手问题———在西线,到底是公铁合建沉管,还是桥梁+隧道来分建?
 
“两个方案都可以建,完全不存在技术上的难题。”高级工程师胡勇前回忆,且据初步预算看,桥梁分建方案比前者的总投资还要少许多。
 
这让设计者们陷入“思考”,他们从20多个方面进行逐一比较,如对周边环境影响、占地、两岸拆迁、土地利用、交通功能、路网衔接、城市景观等,进行逐一比对。这时,公铁合建沉管方案的优势凸显了出来。
 
“在分建方案上,桥梁高度要求很高,造成下坡引桥段非常长,两岸占地非常多。”胡勇前说,从一河两岸的城市景观来说,长长的桥梁非常具有割裂感。“这会制约城市发展。”
 
不仅如此,从两岸城市发展位置看,上游500米是澜石大桥,下游1000米是东平大桥。东平水道,素来被称为“南握珠江之咽喉,北通两广之腹地”黄金水道。在项目部常务副经理杨海涛看来,“再分建一座桥,密集三座大桥,对航道通行来说,无疑是不利的。”他说,“建桥太低,船舶因高度受限无法从桥下通行。如旧澜石大桥,净空太低,已被拆。但合建的沉管隧道不存在这样的问题。”
 
相比桥梁+隧道分建的方案,公铁合建沉管方案更优胜在城市景观上,“两岸占地拆迁少,对周边环境、土地利用负面影响小,更易与周边路网衔接等。”基于这些因素,后者被最终采纳。
 
最终,各方比较的结论是:“由于分建桥梁比合建沉管隧道将永久多占用土地40多亩,桥梁方案对核心区的环境负面影响也无法估量,东平水道是广东省最繁忙的航道,修建密集的跨河桥梁建筑,对航道影响大,而沉管隧道方案符合城市核心区发展要求,可提升周边土地价值。”
 
虽然,建桥梁+隧道分建的方案最终被PK了下去,但更大的困难如拦路虎一般,还等在前面。
 
沉管隧道处在东平河道中游S形的中间弯道处,这里水文情况复杂,要综合潮汐、上游水文等因素寻找水流流速小于2m/s的时段。
 
2016年6月,过江隧道正进行机电安装阶段的施工。整个隧道断面宽度长39 .9米,容纳公路双向六车道,地铁双向两车道。“在沉管隧道中,它是国内首个断面最大的。”建设方称,这也是继广州珠江隧道后,国内第二次建公铁合建的沉管隧道。“但在中上游修沉管隧道,这在国内还是一个空白。”
 
更让建设者头疼的是,沉管隧道所在西线位置,处在东平河道中游S形的中间弯道处,“这里水流流速大,变化多,没有哪一个部门有该处的详细水文资料。”交通运输部广州打捞局一名隧道建设专家杨工程师称,沉管隧道就是采用巨大管段下沉河段,进而连成一条水下隧道。但是,往二三十米深,约10层商品楼高的深水里下放巨型管段,并不是件容易的事。
 
“一段管段100多米长,重达4万多吨,水流流速大于2m /s,都极难在水里平衡。”他说,“这需要通过测量,分析找到一个合理的水流流速区间。”然而,S形弯道处水文复杂。什么时段存在水流流速小于2m /s?是否存在这样的可能性?成为摆在建设者面前的一个大疑团。
 
为了得到大量数据分析,建设者们用了近两年的时间,在S形弯道处的东平河附近,设立了几十个水文检测点,“进行了日夜监测,从几十万的水文数据中,试图分析出哪个时段,水流速度是小于2m /s的。”胡勇前回忆,当时为了拿到最准确的水流流速,建设者还联动上游肇庆、柳州等水文部门,“连上游何时放水,都要具体掌握。因为我们担心,每一个细小的因素,都会影响水流速度。”他说。
 
历时两年数据分析,建设者们分析出,因潮汐、上游水文等因素,每个月仅有2次机会,水流流速适合下放沉管。而最终,工程师也确定了2015年4月29日,启动第一节沉管隧道的浮运沉放工作。
 
本次445米的沉管隧道要用到4节管段,每节宽39.9米、高9米、重达4 .3万吨,相当于30辆20节车厢的火车的载重量。
 
建设者们开挖干坞,一个用来预制沉管管段的场所。“就是在临时的干坞中制成钢筋混凝土管段,向干坞内放水后,将其浮运到河里的隧址沉放。”负责管段预制工作的一名工程师介绍。
 
本次4 4 5米的沉管隧道要用到4节管段,每节管段分为115、115、10 5、110米长,宽39 .9米、高9米。“每节管段砼(即混凝土)约1 .5万方,相当于两个足球场大小;每节管段重达4 .3万吨,相当于30辆20节车厢的火车的载重量。”
 
这4个庞然大物,从2014年9月开始预制,用时15个月才最终完成。而容纳它们的干坞和主体的基坑,开挖面积就达5 .6万平方米,相当于8个标准足球场大的面积,而最深开挖深度23 .1米,如9层楼高。
 
管段的材料极其讲究,光是在防渗抗裂方面,就超过了20项的施工工艺。工程师对混凝土作了精细的材料配比,以满足其均质性和水密性特别高的要求,并保证必需的抗浮安全系数。
 
“管段的防水等级和抗渗等级,均达到P 10等级,离最高等级大于P 12仅差2个等级。”杨海涛称,为了让制作的管段不开裂,建设者们想出了循环冷却水降温的办法,使得混凝土内外温度差处于恒温状态。“以便让它凝固时不开裂。”“这些都是技术攻关的活,非常的难。”杨海涛说,从干坞到沉管完成,项目组共刊出近20篇优秀科技论文。“都是关于攻坚克难想办法的。”
 
克服了管段预制的种种技术攻坚,但接下来,真正的考验才刚刚开始。
 
因为担心“爆破可能会把自家房子震裂”,附近村民几次提出抗议。工程师们经过两个月数十次研究和试验,将爆破振速从“卡车经过时的噪音”,降低到了“滚筒洗衣机洗衣服的声响”。
 
过江隧道要穿过的东平水道,是广东省的黄金水道。这条佛山的母亲河,因其优良的通航环境,沿江建有众多企业和大型港口码头,更形成了以陶瓷、钢材、家具、塑料为重点的沿江经济产业带。据航道部门数据显示,高峰期通过此处的货运船只,每小时多达300艘,通往全国各地。
 
“在这样一条繁忙的航道上施工,时间久,影响大。尤其是全封航期间涉及上下游70多家企事业单位。”项目相关负责人公祥玉说,但在管段下放前,必须要在水下炸开一条基槽,用来沉放预制好的4节巨型管段。
 
如何避开繁忙的水上交通,不出安全事故,又能让炸基槽工程如期完工,这让建设者们陷入两难。“从开始炸基槽到完工,前后近10次迁改航道。”公祥玉说,然而,令爆破专家和工程师想不到的是,更大的困难,远不止于此。
 
从2012年7月开始,到2015年1月基槽爆破粗炸终于完成,整个工程持续了近3年,其间共经历了3次停复工。基槽总开挖量达到约44万方,其中水下礁石达34万方,也就是说,用3立方挖掘机,需要挖11万次。
 
“要完成这个巨大工程量,建设者几乎完成了一项不可能完成的工作。”公祥玉解释,东平河的河床呈现V字形结构,从中间向两边,水位逐渐降低。“基槽要挖的地方,最深水位超过27米。每一次,你都必须算准爆破的精准范围。”
 
最大的困难还是出现了———因为担心“爆破可能会把自家房子震裂”,河岸附近的村民前后3次阻止工程施工。
 
面对突如其来的抗议,工程师杨海涛也顿感意外,他说,之前炸礁的爆破振速按每秒小于1 .5厘米进行控制,相当于保护省级文物的标准。这个概念相当于在20米外,一辆普通卡车通过产生的声响。
 
但村民仍然不放心。爆破专家减少炸药量,降低了爆破振速,同时在村庄附近设置多个地震监测点,以便获得监控数据,“之后,村民还是对爆破技术提了更高要求,必须再次减少振速。”
 
但如果继续减少炸药的药量,施工效率会更低,将严重拖慢整个基槽的施工进度,随之而来的是对繁忙航道的影响也会进一步扩大。更让建设者担忧的是,这必将与之前测量到的沉放管段最佳时间段发生冲突。“这也将意味着,之前2年多的水流流速监测成果,有可能作废。”杨海涛说。
 
如何能想出一个最佳方案,既不会拖延工期,又能让爆破振速降低下来?经过两个月的数十次研究和试验,工程师们想出了一个办法:“第一步,在水中设计了一排气泡帷幕。给有孔的管道通气,产生一排气泡,爆破声波穿过气泡时,达到减少振速的效果。”杨海涛说,第二步,在岸边打一排减震孔。“再次起到降低爆炸振速往前传播的速度,让它缓慢下来。”
 
新的爆破方案终于把爆破振速降低到每秒0 .5厘米,在岸边听,几乎相当于一台滚筒洗衣机洗衣服的声响,问题也得到了解决。
 
基槽开挖完毕之后,终于迎来了技术难度最高的管段沉放。
 
与万吨重的管段一起下沉近百工人合力完成动作
 
用4节管段等连接而成的过江隧道,通车后,从禅城到新城,用时4分钟左右,就可以穿越一河两岸,打开佛山南拓受阻的窘况。但当初要把这4节巨型管段浮运并沉放到指定的水下基槽位置,才是这次工程最大的难点。
 
“如何让形如一艘小型航母大小的巨型管段,从干坞浮运到指定位置?”一名程姓工程师说,各方想出了实时定位方法,在缆绳的牵引下,让管段沿着设置的轨迹走。“形象地说,就是给管段装了导航系统,每隔10分钟纠正导航一次。”
 
“浮运需要多次更换方向,就好像多次打方向盘一样,调整位置。”该名工程师称,仅仅换一次方向,近百人需要忙活一到两个小时,才能把这个巨型管段调整到最佳位置。到了沉放的指定位置后,多艘驳船锚锭用铁缆绳索吊拉着管段,以便次日沉放。
 
5月16日下午,走在已沉放好的过江隧道中,赵坤如数家珍,对管段接口、消防通道、隧道最低点等等位置,他了如指掌。他用手电筒往前面一照,“再往前走10米,那边就是隧道最低点了。”水下一共4节管段,赵坤参与了3节的沉放。
 
赵坤回忆,去年4月29日,是第一节管段E 1的浮运沉放阶段。在12个钟头里面,他们要把管段放到东平河水下指定位置,让管段和岸边开挖的隧道口对接,形成水下隧道延长部分。
 
当天蒙蒙亮,5:30的闹钟准时响起,赵坤便翻身起床。这一天,终于要和管段“一起沉下东平河道”。当天老黄历显示,当日宜“修造、动土,事可行”。
 
下水前,赵坤双手合十,虔诚默念,“希望一切顺顺利利”。他背着一个背包,里面装了水和饼干,与十几名同事一起,从预制的管段顶部,沿着一条长约27米的不锈钢圆筒通道口爬了下去。
 
总指挥看着台面的测量仪器,此时东平河道的水流速度是1m /s,恰好在之前预测的范围内,可以平衡放下这个4.3万吨的管段。
 
驳船上的升降仪器开始启动,管段的多个位置,拉着的四根铁缆绳,开始以极慢的速度———每小时6到7米的速度下放。“为了保持平衡。”在管段里面,赵坤他们身处在温度三四十摄氏度的密闭空间里,管段里两边依次各放着10个水箱,编号从1到10 .就位的队友分列两排。要配合铁缆绳下降速度,他们要打开阀门,让水管与东平河水对接,对水箱进行注水,让沉管增重下沉。
 
每下放一到两米,他们则要核对管段里的水平刻度,是否都在同一水平线上。与此同时,多名潜水员也在水下进行实时监控,“一旦管段位置偏离,他们会告知总指挥调整位置。”
 
当管段到达水下二三十米深后,在立面上产生了相当于4 5 0 0吨压力。在如此大压力下,如何精准对接?
 
项目工程师想出了国内首创的管段水下高精度对接测控系统的方法———声呐水下阵列测控定位。“声呐仪器发射出信号波,管段3个方位的信号波与对接处方位的重叠,即表示水下位置对接成功。”工程师说,这就好像穿针引线一样,一旦孔对准了,就可以引线对接,然后进行管段的水下合龙。
 
“管段前端周边有一圈胶垫,在压力下产生压缩变形,形成一个水密性良好的止水接头。对接后,两个管段形成一个密闭室,抽去里面的水分再处理,水下管段就成功接上了。”该工程师说,后来因汛期到来,直到2015年9月,4个管段沉放才最终完成。
 
6月初,过江隧道已全线实现了洞轨电“三通”。随后,运营单位将进行全线的设备调试;下一步,将迈入全线试通车阶段。交通部门消息称,预计今年年底将开通试运营。
 
4个管段沉放之后,如何让对接的管段稳固在河道上不变形走样?一名程姓工程师做了一个形象比喻,给木板四周钉上钉子,让它固定在地面上。
 
他解释,当管段对接好,管段底部与基槽之间尚有空隙,为了固定管节位置,施工人员先采用灌砂法回填底部基础充实底部。最后,工程队会在管段四周的几个圆孔中,采用压混凝土方式注入,“像给木板四个角钉上钉子”让它稳定在地面上。
 
5月17日,在隧道里的施工现场,地铁轨道已经铺设完毕,公路部分已经在装修墙壁,中间的消防设施也开始安装。
 
对于轨道的铺设,佛山地铁相关项目组的负责人彭海润回忆,25米的轨道,在地面先安装完毕成“井”字形,随后由升降机把其放置管段路面上,再进行混凝土浇筑。看似简单的工序,却有着十分精细的工艺要求:轨道水平位置误差不能超过2毫米单位。
 
为了做到这一点,工程师采用多点定位法,在管段面上多个位置,设水平标志。轨道铺设初步完毕后,一台电脑控制的水平测量车,会沿着轨道行驶一遍。
 
“哪个位置段不平,差多少毫米,测量电脑都会显示出来了,以此进行微调。”彭海润说,更为严格的是,两根25米轨道间的焊接,“里面连一粒灰尘的空隙,都不能存在。”
 
一种被称为“伽马射线”仪器,对焊接的探伤进行扫描。“它可以看到里面是否存在一粒灰尘大小的空隙。”他说,轨道的该项检测,就好像在鸡蛋里挑骨头。
 
2016年6月初凌晨5时,继洞通、轨通之后,过江隧道已全线实现了电通,至此“三通”全部已实现;再经过相关程序,运营单位将进行全线的设备调试;下一步,将迈入全线试通车阶段。交通部门消息称,预计今年年底将开通试运营。
 
北接老城区禅城,南连佛山新城、顺德乐从镇。路线全长4 .3公里,其中下穿东平水道隧道全长约1 .38公里,沉管段长445米。今年6月初凌晨已全线电通,12月底或将建成通车,日送旅客可达30万人次。这是汾江路南延线工程项目,也是同址合建的广佛线二期(南延线)工程。
 
在S形弯道处的东平河附近,设立了几十个水文检测点,从几十万的水文数据中,分析出哪个时段水流速度是0 .3-2m /s.
 
在水中设计一排高压空气泡,在岸边打一排减震孔,让爆破振速降低到每秒0 .5厘米,在岸边听相当于一台滚筒洗衣机工作的声响。
 
国内断面最大的公轨合建沉管隧道,宽度达39 .9米,相当于10个标准的篮球场;
 
亚洲首座在河道中游S形弯道处修建的沉管隧道;公铁合建隧道在国内也是第二次,填补国内在河内中上游修建沉管隧道的空白。
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