地上往來通關，地下“曲”徑通幽

全長2741米、開挖斷面336.8平方米、寬19米、高21米，相當于8層樓房高。它既是世界最長的超大斷面曲線管幕隧道，也是全球首座運用陀螺儀實施曲直精準對接的隧道。

這便是去年12月28日貫通的港珠澳大橋珠海連接線關鍵控制性工程，由中國鐵建十八局集團承建的拱北隧道。

值得注意的是，因為施工地段的土質特性，整個工程中有一段長度僅為255米的隧道暗挖段。其走向不是水平的，而是曲線半徑達900米彎曲的弧線。

一段不過255米的彎曲，背后有何意義？

答案，只能是令世界驚嘆的中國鐵路工程技術。其水平高低，中國工程院院士王夢恕作出了評價——“拱北隧道255米暗挖段，集中了迄今人類建設隧道的全部難度”。

前途光明，道路“曲折”

2016年間經拱北口岸往來珠海和澳門的朋友們，絕對不會想到，當自己和眾多旅客排隊辦理過關手續的時候，一項難度極大的管道工程，正在腳下緊張的進行。

拱北隧道位于澳門聯檢大廳口岸地下4至5米處。上面便是我國第一大陸路口岸，即珠海拱北口岸，日進出關人數最高達30萬次、車流達1萬車次。

其地下的土層為粉沙質，富含地下水，承載力極低。

“在這種粉沙質地層，我們不但要打隧道，還不能對地面上的澳門聯檢大廳的運行有絲毫影響。”中國鐵建十八局集團副總工程師兼港珠澳大橋珠海連接線指揮長潘建立說。

受地理地形所限，拱北隧道225米暗挖段被設計為雙層疊加公路隧道，即雙向平面，行駛至聯檢大廳下方時變成曲線半徑為900米、上下疊加的彎曲形狀。

選擇什么樣的施工方案，如何施工，成了擺在建設者面前一道難以逾越的世界性難題。

潘建立告訴記者，圍繞施工法的選擇，項目建設、設計、監理、科研院校和施工單位，經過反復磋商研究，僅調查研究和方案比選，前后就花了3年時間，最終決定采用“曲線管幕+凍結法”施工。

“土是粉沙富含水，就把土凍起來；隧道不是直的，就用彎曲的管往里頂。”潘建立這樣解釋“曲線管幕+凍結法”施工。

這就樣，沿著隧道開挖輪廓線，336平方米的斷面上，布置起36根直徑1.62米、長255米的鋼管；每根鋼管內又含一根10厘米的鹽水冷凍管。

管幕管道猶如一圈隧道，人可以進去，而其中的鹽水冷凍管則只有人的胳膊細。

一圈環形“管幕”支護體系就這樣形成了。

泥鰍穿豆腐，首用陀螺儀

既然隧道有一段不是直的，在隧道開挖之前，第一個攔路虎就是超大曲線管幕施工。

與普通直線管幕頂進技術不同，這項工程需沿著“88米緩和曲線+167米圓形曲線”的軌跡頂進。

“這是要從彎曲的一段頂出來，與直線一段的端口精準對接。”潘建立說， 若非如此，頂管難以對接成功，整項工程將毀于一旦。

以往曲線頂管頂進誤差能控制在15厘米就相當了不起，而拱北隧道頂進的誤差必須控制在5毫米以內，相當于一粒普通黃豆大小，接近零誤差。

此外，管幕群距地面最近距離僅為4—5米，距澳門聯檢大樓樁基1.6米，再加上多臺次的泥水平衡頂管機要在軟土地層中，多次始發、接收，對地層反復擾動，相互影響的“群管效應”非常明顯。

這就像一道名菜——泥鰍穿豆腐，也就是說，頂管機要在軟如豆腐般的地層中，穿梭36次。

如何保證穿梭按一定軌跡，精準進出？

“我們引進了國際頂尖的泥水平衡式頂管機，嘗試使用陀螺儀在地下定位，引進精確制導技術，建立自動跟蹤測量系統。”潘建立說。

自2013年6月第一根試驗頂管始發，至2015年5月最后一根頂管順利接收，歷時2年，終于攻克了超長、超大曲線管幕施工中面臨的精確控制、地表沉降和管幕障礙物處理等一系列世界級難題，創造了“零誤差”的曲線管幕施工紀錄。

沙土易垮塌，凍起來再挖

管幕工程的完成，好比人的身體，只是搭起了“骨架”，而緊接著的凍結工程，利用冷卻鹽水管道這一“血脈”，沿著“骨架”循環，最終才會構成完整的“人體”。

“沒有冷凍，若對這個336平方米的管幕群直接開挖，極易導致隧道整體垮塌。”潘建立說。

看看工程師采用了什么妙計？

“我們首創超大斷面水平環向一次凍結技術。”潘建立告訴記者，就是把暗挖段高23米，寬20米，厚2.6米，縱向長度255米的地段，變成了一個巨型的“冰柜”，利用人工制冷技術，把松軟含水的土層變成凍土，安全進行隧道開挖作業。

設計施工單位的工程師們，圍繞“凍起來、抗弱化、控凍脹”三大原則展開了聯合攻關，創新出一套系統的凍結方案，解決了施工中遇到的種種難題。

拱北隧道暗挖段凍結工程，自2016年1月12日正式凍結，至12月底，凍結圈厚度完全達到設計要求。

將沙土凍起來，解決了易垮塌的危險，但問題也來了。

長時間對土層凍結，隧道內部的凍土堅硬如鋼，遠超預料。因地理環境特殊，常規的巖土爆破、靜態爆破等開挖方式，在拱北隧道根本不可行。

采用大型機械破除設備，由于導洞凈空太小，無法作業；采用小型挖機，再配備旋挖鉆頭，由于機體太輕，開挖凍土的效率太低。

       經過不斷的設備選型和組織調整，項目部想出了一個“五臺階十四部開挖作業法”，就是將巨型“冰磚”分割成“九宮格”，五層十四個導洞同步開挖，立體交叉作業。

“將每個導洞再分成三個微小臺階，每個小臺階配置一臺小型挖掘機破碎錘開挖凍土，人工配合修邊，大大提高了開挖工效。”潘建立進一步解釋說。

珠海連接線管理中心主任王啟銅博士認為，拱北隧道“長距離曲線管幕和大規模水平凍結止水技術”的成功運用，填補了我國在復雜地質條件下超大斷面隧道施工技術的空白。

港珠澳大橋全長為49.968公里，預計將于2017年年底建成通車。（矯陽）

(責編：陰重宇(實習生)、熊旭)