【创新故事】
汕头湾，跨越难。
广东汕头内海湾，是我国重要的海上交通枢纽，这里商船如织、航线繁忙。用高铁连通南北两岸，架桥会阻碍通航，建设隧道便成为首选方案。
汕汕高铁汕头湾海底隧道是世界首条时速350公里高铁海底隧道，全长9781米。隧道采用钻爆法和盾构法从南北两端双向掘进，设计与建造难度堪称世界级“工程教科书”。
近日，经过4年多艰难掘进，工程团队突破高烈度地震区、复杂地质条件、超高水压等多重难关，汕头湾海底隧道成功贯通。它宛如“海底蛟龙”斜跨汕头湾，连接起珠三角和粤港澳大湾区，为区域经济发展注入强劲动能。
内外加固方式：穿越海底地层最薄处
“地处高烈度地震区，穿越17条断层破碎带，承受海底近1兆帕超高水压。”2018年，经现场踏勘确认，中国铁路设计集团有限公司（以下简称“中国铁设”）汕头湾海底隧道主管总工程师孟庆余判断，他们可能闯进了铁路隧道设计“禁区”。
以从南向北开挖的钻爆段为例，由于要下穿汕头湾主航道风化凹槽，爆破作业的洞顶上方，弱风化完整岩层最薄处仅2.36米！一旦爆破失败，整条隧道将被海水“吞噬”。
绕避绝无可能，加固围岩成为最有效的解决办法。
一种建议是，以地下超前注浆方式对隧道周围及开挖地层进行加固，形成隧道周圈保护层，应对高水压、多断层难题；另一种建议是，着眼于施工安全与长远运营，应该做隧道区域保护层。
第一种方案，需破解浆液渗入难题；第二种方案，国内尚无成熟先例。为确保安全，中国铁设团队顶着压力对两种方案进行综合，围绕一条全新技术路线的攻关由此开启。
工程团队在主航道上搭建海上注浆平台，保障通航的同时，见缝插针“打游击战”。但是，当钻杆下探至海底百米深处，浆液不仅难以渗入岩层裂隙，还被高压海水悉数冲释。
如何解决？岩体不可改变，只能在工艺上想办法。工程团队创新施工方法，在海底岩体周边先加注一圈快凝胶材料，将其“箍住”后，再将超细水泥压进岩体，封堵裂隙，变“豆腐渣”般的岩体为坚固混凝土。
经过数月作业，一个横向36米宽、纵向45米长的门字型保护层抵在海底地层最薄处。它犹如一个可靠的棚子，将破碎岩石与高压海水挡在外侧。
但是，海水的侵蚀力远超孟庆余的设想。当隧道钻爆至风化凹槽处，地下水氯盐的侵蚀性已达到最高等级，隧道钢筋混凝土结构面临潜在威胁。大家思来想去，决心勇闯“无人区”，在高铁海底隧道中首次尝试使用抗压强度为C50的混凝土结构。
中国铁设团队联合高校开展科研攻关，从基础材料入手，调整混凝土配合比、首创冰水低温拌合工艺……经过数十次试验后，团队最终掌握了混凝土不裂的方法与工艺。
2022年8月，汕头湾海底隧道内，第一板C50模筑衬砌浇筑成功。此后，孟庆余带领团队用内外加固方式，让汕头湾海底隧道顺利穿过海底地层最薄处。
百变盾构工艺：掘进“三重极限”地质段
汕头湾北岸，滩涂淤泥深厚，入海处浅覆高压，采用钻爆法、明挖法作业，坍塌风险很高，种种工况让盾构掘进方案脱颖而出。
施工前半段，盾构机日行近10米，用时仅4个月，便完成掘进任务。当进入海底深处，盾构推进的速度急转直下，有些段落一天掘进不足1米！
先遇孤石阵，再碰软硬不均地层，最后挑战“钢铁”般硬岩……汕头湾海底隧道盾构段的“三重极限”地质段落，让中国铁设汕汕高铁项目总工程师李为记忆犹新。
100米范围内，3块巨型孤石挡在盾构机前。硬顶，存在安全风险；爆破，影响周边环境。进退维谷之际，同步进行的海上注浆作业给李为带来启发：何不采用钻爆方式破解孤石困局？
团队从前端打出多个钻头，“数箭齐发”破入巨石。随着装入的炸药轻微发力，孤石裂成碎石，轰然坍塌，障碍被清除。
大家原以为，穿过孤石阵，盾构掘进将一帆风顺。但形态多样、软硬不均的地层让盾构机再次“受挫”。
问题出在哪？实际地质情况极为复杂，盾构机无法准确调整参数，难以操控掘进姿态。加密实地勘探、汇总地质数据、精准画像地层……慢工出细活，在团队的不懈努力下，盾构机顺利贯通软硬不均地层。
就在大家认为黎明即将到来时，没想到，最后几百米的盾构“路”却是最难走的。
当盾构机掘进至全断面硬岩段落，掌子面频繁转入风化槽及节理密集带地层，坚不可摧的刀具被异常掰断，溃口磨耗越来越大。屋漏偏逢连夜雨，在这强度高达200兆帕的硬岩中，又遭遇突发掉落大石块，让向前掘进的道路雪上加霜。
必须穿过这500余米长的硬岩段！“那段时间，大家都很焦虑，失眠成了常态。”李为回忆。
工程团队联合行业专家，经现场调研、论证后，想出一个妙招——“变大口吞咽为小口啃食”。依据这一思路，团队对盾构机进行施工改造——增设滚动检测系统、加密刀具数量，让盾构机稳扎稳打，一步一步向前推进。
硬岩层被逐步“啃食”，但盾构机磨损消耗极大，“趴窝”风险增加。工程团队再次调整掘进策略，通过精细化维修保养与监测，确保盾构机在海底有效掘进。
3月26日，历时900多天，盾构施工法隧道与钻爆施工法隧道最终胜利会师。14.57米的开挖直径，也让汕头湾海底隧道成为当前世界直径最大的铁路海底隧道。
练就科技“绝活”：抵抗活动断层强蠕动
汕头湾海底隧道时刻承受着来自断层运动和周围海水的挤压，隧道运营安全面临挑战。
当得知海底隧道要在8度震区穿越多条断层破碎带时，中国铁设汕头湾海底隧道设计工程师霍飞“压力巨大”。“如此复杂的地质构造国内外鲜有耳闻，一旦隧道发生结构性破坏或大错台，海水将瞬间涌入，直接威胁高铁通行安全。”霍飞说。
什么方法能让汕头湾海底隧道不受断层蠕动影响而屹立百年？
传统隧道会在盾构管片处预留缝隙，依靠接缝防水设计抵御高压渗透。但是汕头湾海底隧道承受的最高水压达0.985兆帕，海水在此强压力下，可形成高达98.5米的水柱。只做接缝防水无法确保万无一失，其他抗震防断层的举措必须跟上。
2020年6月的一天，正在进行抗震调研的霍飞，被一处嵌在建筑承重结构与上部结构间的隔震支座所吸引。这种既能在竖向承受建筑物重量又能在横向自由变形的橡胶结构，瞬间打开了他的思路。
何不效仿隔震支座，给汕头湾海底隧道裹一层隔震抗震的“软硬层”！
橡胶、泡沫、混凝土……各类韧性强、抗压性好的材料轮番上阵测试。通过层层筛选，既能在日常抵抗海水压力，又能在突发地震时吸收地震能量的柔性隔震材料被找到。
3个月后，当隧道掘进至F9断层处，疲劳测试在实验室同步开展。安装在隧道外层的柔性隔震材料，在模拟地震载荷与真实高水压环境中，经受住了一动一静的极限施压，始终保持良好的隔震性能，顺利通过测试。
与此同时，在盾构机入海前，安装在管片接缝处的密封垫，也在伺服液压装置上接受了多次震动和错动考验，实现了“震中不漏、震后不渗”的既定目标。
当前，柔性隔震层、密封垫被广泛应用在汕头湾海底隧道中，它们已成为隧道抵抗地震断层蠕动和超高水压威胁，实现“以柔克刚”必不可少的科技“绝活”。
“汕汕高铁是我国‘八纵八横’高铁网主通道之‘沿海通道’的重要组成部分，正式开通运营后，时速350公里的高铁百秒即可跨越汕头湾。”展望未来，李为信心满满，“我们将继续攻坚克难，锚定铁路科技创新，努力在更多复杂地质条件下书写工程建设传奇。”
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