廖君

1864年，凡爾納在他的科幻小說(shuō)《地心游記》里，用各種巧妙的辦法解決了人類在探索地下世界時(shí)遇到的光線、通風(fēng)、清除障礙物等一系列困難。

100多年后，人類對(duì)地下世界的探索和利用已經(jīng)到了凡爾納所無(wú)法想象的深度和可能，而伴隨而來(lái)的，也是遠(yuǎn)非他所能預(yù)料的困難。所幸的是，為了使地下世界成為人類生活的一部分，每往下走一米，都有“黑科技”應(yīng)運(yùn)而生。

“亞洲最復(fù)雜地下綜合體”施工有多難

地處武漢市中心的光谷廣場(chǎng)轉(zhuǎn)盤(pán)，一度曾是武漢市聞名的堵點(diǎn)之一，平時(shí)日均通行車輛約15萬(wàn)輛，“轉(zhuǎn)不動(dòng)”已成家常便飯，常常陷入“堵死”模式。

為徹底根治擁堵頑疾，2014年12月，光谷廣場(chǎng)綜合體開(kāi)工建設(shè)，這個(gè)綜合體集軌道交通、市政隧道、地下公共空間于一體，匯集了3條地鐵線和2條市政公路，地下分三層，最大埋深34米，總建筑面積約16萬(wàn)平方米。

武漢地鐵集團(tuán)總工辦侯云亮說(shuō)，光谷綜合體工程設(shè)計(jì)為地下三層和一個(gè)夾層：地下一層為地鐵站廳及公共空間；魯磨路公路隧道位于地下一層上方的夾層；地下二層為地鐵2號(hào)線南延線區(qū)間、珞喻路公路隧道；地下三層則是地鐵11號(hào)線的站臺(tái)。

光谷廣場(chǎng)綜合體被稱為“亞洲最復(fù)雜地下綜合體”，在這個(gè)地下空間，地鐵站、地鐵隧道、公路隧道分為三層并存，互不干擾。建成后將有16個(gè)出入口可以與地面連通。

光谷綜合體總體設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人周兵說(shuō)，建設(shè)單位武漢地鐵集團(tuán)和中鐵十一局集團(tuán)、鐵四院等參建各方在施工中大膽進(jìn)行工藝工法的創(chuàng)新，并且在施工技術(shù)方面填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

在爆破工藝方面，考慮到光谷綜合體混凝土臨時(shí)結(jié)構(gòu)支撐梁布局形式復(fù)雜，凈空高，拆除方量大和難度大，傳統(tǒng)的拆除方式不能滿足現(xiàn)場(chǎng)工期等要求，項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)反復(fù)比較論證，首次探索創(chuàng)新采用微差延期起爆技術(shù)，采用毫秒級(jí)雙雷管傳爆，不僅節(jié)約工期6個(gè)月，而且確保了圓盤(pán)區(qū)周邊建筑和往來(lái)行人車輛的“安然無(wú)恙”。

中國(guó)工程院土木、水利與建筑工程學(xué)部主任周福霖院士評(píng)價(jià)此工藝“填補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白”。

江下行走的盾構(gòu)機(jī)神器

同樣是在武漢，還有另一項(xiàng)地下的“超級(jí)工程”。62年前，橫跨長(zhǎng)江兩岸的武漢長(zhǎng)江大橋，實(shí)現(xiàn)了上層走汽車、下層跑火車。一個(gè)甲子之后，在下游的長(zhǎng)江江底深處，武漢長(zhǎng)江公鐵隧道又成為世人關(guān)注的焦點(diǎn)。

武漢長(zhǎng)江公鐵隧道是公鐵兩用隧道，通過(guò)在隧道內(nèi)建設(shè)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地鐵與汽車的分離運(yùn)行。

“三陽(yáng)號(hào)”和“開(kāi)泰號(hào)”這兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)負(fù)責(zé)承擔(dān)隧道內(nèi)的掘進(jìn)重任。這兩臺(tái)“巨無(wú)霸”僅刀盤(pán)就重約595噸，刀具共有361把，分為滾刀、齒刀、刮刀、先行刀、中心刀等類型，功用類似人的磨牙、切牙、尖牙等，在掘進(jìn)時(shí)對(duì)地層進(jìn)行“磨、切、削”。

“做完這條隧道再回頭看以前的越江工程，就相當(dāng)于小學(xué)測(cè)驗(yàn)和高考的區(qū)別?！蔽錆h地鐵集團(tuán)二級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理倪正茂說(shuō)。

他說(shuō)，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)不久，就遇到復(fù)雜地質(zhì)狀況：在長(zhǎng)約1360米的江底，同時(shí)分布著強(qiáng)度極高的礫巖和黏性極大的泥巖，兩者如同“鉆石層”和“年糕團(tuán)”，一方面快速磨損盾構(gòu)機(jī)的刀具，另一方面又結(jié)成泥餅貼在刀盤(pán)上，大大增加了盾構(gòu)機(jī)地下切割的難度。

項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人說(shuō)，從2016年4月盾構(gòu)機(jī)始發(fā)到現(xiàn)在，兩年時(shí)間里，共有4000多把各式刀具被更換下來(lái)，換刀總次數(shù)接近300次?！斑@也是無(wú)法想象的事情！一般的越江盾構(gòu)工程只需要換3次刀就足夠了，我們這次卻接近別人的100倍?！蹦哒f(shuō)。

工程人員查閱文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)全球范圍內(nèi)沒(méi)有可參考的經(jīng)驗(yàn)。武漢地鐵集團(tuán)請(qǐng)來(lái)中國(guó)科學(xué)院院士孫鈞，中國(guó)工程院院士錢七虎、陳湘生等國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)領(lǐng)域的名家組成團(tuán)隊(duì)進(jìn)行攻關(guān)。

2017年8月6日午夜，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月改造的盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始復(fù)推，當(dāng)天掘進(jìn)距離即達(dá)到4環(huán)8米。大家擊掌相慶，吃下了幾個(gè)月以來(lái)最香的一頓飯。

如今，中鐵裝備在全球擁有全尺寸和全系列盾構(gòu)機(jī)，可根據(jù)客戶需求量身定制，應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。

生命之風(fēng)

在先進(jìn)科技和現(xiàn)代建筑工程技術(shù)等的加持下，不少美國(guó)高校注重向地下拓展空間。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)地下空間中心是地下公共建筑設(shè)計(jì)的杰出案例，也是解決地下照明和幽閉心理情況的良好示范。

當(dāng)陽(yáng)光、通風(fēng)、溫度都不是問(wèn)題后，另一個(gè)人類需要面對(duì)的問(wèn)題是，地下世界如何防水防火，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，又如何從地下逃生？中國(guó)港珠澳大橋的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)也許能有助于解決這些難題。

天上有飛機(jī)，海上有輪船，夾在中間的港珠澳大橋如何才不會(huì)影響鄰近香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)航線的飛行安全，又能滿足伶仃洋航道30萬(wàn)噸輪船通航的需要呢？

港珠澳大橋設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)極富創(chuàng)造力的方案：建造東西兩個(gè)人工島，修建一段海底隧道，將隧道與大橋連接起來(lái)。這條世界最長(zhǎng)的海底沉管隧道由33個(gè)巨型沉管組成，每節(jié)管道長(zhǎng)180米，單節(jié)重約8萬(wàn)噸，沉入海底40多米。

在港珠澳大橋之前，全世界已經(jīng)建成了100多條沉管隧道，但全都是貼著海床的淺埋沉管。伶仃洋上，萬(wàn)噸海船天天駛過(guò)，留給港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理、總工程師林鳴的選擇只有一個(gè)：深埋。深埋意味著沉管在海底要承受超過(guò)淺埋沉管5倍的荷載———無(wú)論按照傳統(tǒng)的剛性還是柔性沉管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沉管的218個(gè)接頭有1個(gè)承受不了這么大力就是一場(chǎng)巨大的災(zāi)難。

在反復(fù)驗(yàn)證沉管是剛性還是柔性后，林鳴終于決定采用半剛性。半剛性綜合了剛性和柔性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)化小管節(jié)之間的連接，進(jìn)一步控制180米長(zhǎng)、由8個(gè)小關(guān)節(jié)連接而成的大管節(jié)的變形。這一全球首創(chuàng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓港珠澳大橋擁有了世界首條“滴水不漏”的海底隧道。

有研究表明，在隧道內(nèi)無(wú)風(fēng)的情況下若有大貨車發(fā)生火災(zāi)事故并燃燒，1分鐘左右煙氣就會(huì)蔓延到人的高度，而大貨車隨時(shí)會(huì)有爆炸的可能，不能迅速逃離的話就會(huì)有生命危險(xiǎn)。那么處于地下，甚至是海底隧道，該怎么逃？

早在設(shè)計(jì)之時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就已經(jīng)被工程師們考慮在內(nèi)。港珠澳大橋隧道內(nèi)鋪設(shè)的防火板采用特殊耐火材料制成，外層還涂有黑色耐高溫漆層，能保證在1200℃的燃燒高溫下，隧道結(jié)構(gòu)2小時(shí)內(nèi)不受破壞。

而要防止火災(zāi)的危險(xiǎn)，通風(fēng)至為關(guān)鍵。行車孔通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)機(jī)和隧道內(nèi)活塞風(fēng)的作用實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)的通風(fēng)換氣功能，保證隧道內(nèi)的行車安全性和舒適性。另外，獨(dú)立排煙系統(tǒng)通過(guò)排煙道兩側(cè)電動(dòng)排煙口將煙霧集中抽取，進(jìn)行側(cè)向集中排煙，煙霧通過(guò)隧道出口側(cè)設(shè)置的風(fēng)塔進(jìn)行排放，是保障人員逃生的“生命通道”。

其中，中國(guó)首臺(tái)大型軸流風(fēng)機(jī)號(hào)稱隧道“生命之風(fēng)”。它既能對(duì)整個(gè)隧道進(jìn)行換氣，又能在火災(zāi)時(shí)進(jìn)行排煙。

《地心游記》里，主人公們因火山噴發(fā)的力量九死一生地回到地面，結(jié)束了他們?cè)诘匦膬蓚€(gè)多月的旅程，“終于體會(huì)到光亮”，卻仍然不斷有人質(zhì)疑他們的行程。今天，隨著科技的發(fā)展，人類往來(lái)地上地下已經(jīng)不需要付出生命的代價(jià)，當(dāng)陽(yáng)光照耀地下的時(shí)候，也不用再擔(dān)心，我們的旅程只能停留在想象之中。

（綜合摘編自《環(huán)球》、新華網(wǎng)）