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长江第一隧——武汉长江隧道的建设过程

发布日期: 2018-11-09 来源:

李立新

  被称为“万里长江第一隧”的武汉长江隧道于2004年11月28日开工,2008年12月28日通车试运行。该隧道总建筑长度3630米,分左、右两条隧洞,其中东线隧道长3295米,西线隧道长3303.6米,每线各设两车道,宽7米,车道净高4.5米,设计车速50公里/小时,工程概算投资20.5亿元。武汉长江隧道是我国最早开建,最先竣工的长江公路隧道,完全由我国自主设计、施工完成。作为第一个立项的长江隧道项目,武汉长江隧道建设中出了多项“第一”:国内第一个采用10米以上特大直接的复合式泥水平衡盾构贯通长江;国内第一次在全断面砂层中完成掘进的盾构隧道;第一个采用管道双道防水的水下公路隧道;国内第一个在隧道顶部设置专用排烟通道的隧道;国内第一个采用9等分通用楔形管片的盾构隧道;国内第一条经国家批准立项、工程可行性研究报告第一个经国家核准、工程第一个开工,并第一个实现建成通车的长江水下公路隧道。
  “武汉长江隧道工程建设成套技术”由铁四院、中铁隧道局、武汉市城投公司等13家单位联合完成。武汉长江隧道不仅入选了由中国建筑业协会会同13家行业建设协会共同组织开展的”改革开放35年百项经典工程”,还获得了土木工程领域科技创新最高奖项——“中国土木工程詹天佑大奖”。
  武汉长江隧道可抗击6级地震和300年一遇的洪水侵袭。它的建成通车,有效改善了武汉中心城区的道路交通状况,补充和优化了武汉市道路交通网路,形成了武汉市过江通道水上、水面、水下三维立体格局,显著提升了武汉市的城市功能,带动了隧道两岸及周边地区经济与社会发展。武汉长江隧道的建设实践,大大提升了我国水下盾构隧道建造技术水平,使之达到国际领先。为我国在建或筹建的其他水下隧道提供了示范与借鉴经验。
  本文组织过程中,我们走访了铁道部第四勘察设计院、武汉长江隧道股份有限公司。高士粹、胡润州(原武汉地铁前期工作领导小组办公室顾问,肖明清(武汉长江隧道总设计师),他们谈了些隧道背后的故事。

孙中山最早构想建隧

  1919年2月,孙中山在《实业计划》一书中首次提出在武汉修建长江隧道:“在京汉铁路线,于长江边第一转弯处,应穿一隧道过江底,以联结两岸。更于汉水口以桥或隧道,联络武昌、汉口、汉阳三城为一市。至将来此市扩大,则更有数点可以建桥,或穿隧道。”。
  上世纪30年代,国民党当局曾请美国专家到武汉考察长江隧道选址,后因抗日战争爆发,无人再提此事。当一个民族连存亡问题都没有解决时,修建长江隧道这样的大型基础设施只能是一种“空想”。
  直到1979年,武汉市人防办在制定《武汉市人防工程规划》时,重新提出修建长江地铁隧道,规划图上标明的位置为汉口青岛路附近至武昌大东门,与今天的武汉长江隧道位置大体相同。
  不过,人防部门并未对过江地铁及隧道建设展开深入研究,改革开放之初的武汉也没有经济实力建地铁,长江隧道依然只是一纸规划。
  进入80年代,因轻轨造价低于地铁、施工难度相对较小,武汉市决定优先推进轻轨建设,地铁及过江隧道没有进入决策层视野,官方研究机构对地铁的关注也很少。

大气候催生过江隧道

  20世纪80年代末至90年代初,武汉市一些官方研究机构注意到,轻轨有很大局限性,如运力不如地铁、对城市景观破坏较大等。这样,呼吁建设地铁和过江隧道的声音逐渐多了起来。
  当时,北京、天津已建成地铁,上海首条地铁正在施工中,广州、沈阳、南京等地都在筹建地铁,国家计委提出,总人口数在100万以上、GDP在100亿元以上的大城市可建设地铁。武汉完全符合国家计委提出的条件,全市上下建设地铁的热情迅速高涨。
  1992年2月,时任武汉市委书记钱运录收到一封信,标题为《关于吸引世界银行贷款建设武汉越江地铁的建议》。信是由夏康裕(时任武汉市财政局局长)、高士粹(时任武汉市人防办主任)、程涛平(时任武汉市委研究室处长)三人联名写的。钱运录批示:“这个建议有道理,需要认真论证。”并表示市委常委会要研究一下。武汉地铁及过江隧道的建设终于摆上市委、市政府的议事日程。
  1994年6月,武汉市科协等单位举办“武汉地铁研讨会”;同年7月,武汉市科委组织对“武汉地铁重大课题研究”进行招标,1995年12月课题完成,使武汉越江地铁及隧道有了比较成熟的方案;1995年9月,武汉市成立地铁建设前期工作领导小组,推进地铁项目前期工作的开展,但因思想不统一,进展不大。

隧道项目险些下马

  1999年1月,新一届武汉市政府调整了地铁建设前期工作领导小组成员,充实了力量,地铁过江隧道前期工作进入快车道。
  铁道部第四勘察设计院(简称“铁四院”)在过去众多机构研究成果的基础上,经进一步研究论证,完成了长江隧道的预可行性研究报告,提出公路隧道与地铁隧道合建。
  2001年4月,国家发改委委托国际咨询公司,组织专家组对该报告进行审查。有专家质疑:报告中武汉市有关研究机构预测武汉2020年过江交通流量只有十多万辆,其中武汉长江隧道日通车量只有两万多辆。这么少的流量,一桥、二桥完全可以分担,还有必要耗巨资修建长江隧道吗?
  这一质疑非同小可,武汉长江隧道可能因此下马。武汉市地铁办顾问、著名交通专家胡润州临危受命,进行补充论证。胡润州发现,报告中对武汉市2020年GDP预测过于保守,不到4000亿元;过江交通流量预测也偏小。在修改了相关参数后,胡润州预测,2010年武汉过江交通流量将达33.6万辆,2020年达到55.2万辆;长江隧道2010年的流量为55643辆,2020年为68643辆(饱和)。
  这一补充论证结果得到了国家发改委的认可,2002年春,武汉长江隧道获准立项。
  武汉长江隧道总设计师肖明清说,早在武汉建设长江隧道之前,铁四院的工程师们就开始在长江上勘测,研究在长江上修隧道的可能性,但那时候并不是在武汉,而是在南京。
  高工吴维参加了当时的勘测研究。他介绍,1993年,国家准备建设京沪高速铁路,由于跨江地区距南京长江大桥仅1.7公里,若再修桥会对长江航运带来影响。因此,铁四院当时提出“以隧道方式过江”的设想,并且实地钻孔勘测。有趣的是,后来京沪高铁改变了设计方案,另选地址建桥过江,武汉过江隧道成了“长江第一隧”。
  不过,南京的经验被铁四院用于武汉。吴维说:“南京与武汉长江水下地质环境有许多相似处,于是我们将原南京的方案经过改进,大大加快了武汉过江隧道的‘上马’速度。”

四次重大险情

  四年的酷暑严冬,四年的漫漫长路。中隧联合体凭借着雄厚的技术,先进的设备,完善的风险防范及应急救援措施,严谨务实,不畏险阻的工作精神,一次又一次的化险为夷,实现了“万里长江第一隧”的成功穿越。
  武汉长江隧道的每一个施工阶段,几乎都伴随着世界级技术难题的攻关。除了要防止长江高水压造成透水,机械掘进要一次性成功穿越长江江底2500多米等世界级难题之外,最为关键的是,隧道在两岸掘进时,部分地段离地面高楼仅有5至6米,其难度可想而知。工程总指挥长万姜林( 2008年1月—2008年11月)说:“我们把安全意识贯穿到每一个环节,每一颗螺丝钉上,确保了工程顺利完工。”
  1.江南竖井管涌
  2005年8月23日,江南竖井快要封底的时候,出现了竖井里最为恶劣的险情——管涌。当时,联合体项目部正在进行明挖暗埋隧道及江南盾构始发井的深基坑施工。基坑周边分布着许多建筑:东侧有距离防淹门基坑仅两米的三层楼学生宿舍,北侧有理工大学三层楼校区的电教大楼,西侧有该校区的幼儿园、教工家属楼、体育馆。
  23日凌晨4点左右指挥长肖龙鸽、总监理工程师张健智接到现场值班负责人朱继红报告,发生了基坑内钢管固定角钢或钢筋爆裂响声,三层楼北侧附近的中800毫米排水钢管接合箱突然拉裂,大量的雨水、排水管漏水从地面和裂缝涌人基坑,房屋开裂加剧,局部地基出现塌陷40—50厘米、基坑支撑轴力加大、相邻明挖段出现整体向西侧的江南始发井方向移动的现象。
  针对出现的紧急情况,肖龙鸽总指挥长(2004年11月—2008年1月)立即召集联合体相关成员单位:中铁隧道集团武汉长江项目部、武汉市政集团武汉长江项目部、中铁四院武汉长江项目部、并邀请了上海市政监理公司,紧急召开专题会议,启动抢险预案,并果断决定向内抛填沙袋、坑内回灌,拆迁三层楼宿舍等紧急措施。至8月25日10点多,基坑回灌水位标高达到承压水头以下50厘米,满足了反压要求,险情得以控制。
  2.大雨威胁盾构机
  2006年6月26日,一场大雨把武汉三镇淋了个透湿,到第二天天亮前还没有停的意思。武汉的地下排水状况一直不是太理想,碰上连续的暴雨,市中心都会有很深的积水。那时盾构正在竖井里掘进,路面上来不及排的水往竖井里倒灌。联合体项目部的人急得团团转。积水越来越多,继续下去后果极为严重。水离电机只有20多公分,如果水淹电机,整个盾构机就将报废,损失上亿,耽误至少一年的工期。肖龙鸽接到消息后,心急如焚。他的第一反应是打电话找市政水务部门。接电话的人说,全市都被淹了,我们实在忙不过来,就把电话挂了。怎么办呢?按总承包合同这属于中遂施工内的事。但是他们是外地企业,而且情况紧急,肖龙鸽想到了甲方——武汉城投。他分别给武汉城投的总经理陈跃庆,总工程师徐建平打了电话。
  武汉长江隧道建立了一整套应急响应机制,城投有规定,手机不关机,以便施工单位随时找到人,遇到突发情况第一时间赶到现场。
  凌晨5点钟,陈跃庆和徐建平一接到电话,分别从家里赶到施工现场,并及时联系水务集团请求协协助。水务集团领导二话没说,紧急抽调10多名工人,外加一台扬程30多米的抽水泵从宗关水厂赶赴现场。车至大桥又碰上单双号限制,他们层层联络,让设备和救援人员火速到达。经过两个多小时的抢险工作,终于平安闯过了差点毁掉盾构机的险关。
  3.河床塌陷
  2007年4月,盾构机正在从武昌往汉口掘进,离武昌江堤还有100多米时,盾构机突然无法正常前进。肖明清介绍,当时他们担心盾构机在江底出现故障。后来,技术人员设计出方案,派潜水员进去检查。潜水员三次进入,反复检查,始终没有发现障碍物。最后专家确认是机器磨合问题,试着再往前掘进,不久便恢复了正常运行。肖明清与他的同事们虚惊一场。
  2007年9月,当第二台盾构机掘进时,发生了更大的险情:河床塌陷!肖明清回忆,当时,盾构掘进江中200米,由于泥水泵故障,导致气压舱的高压空气蹿到泥水舱后通过地层从江底冒出,,导致河床塌陷了四米多深。同时刀盘被卡,泥水压力建立不了,盾构机一下子转不动了。过往船只上的人看到长江江面上直冒气泡,以为发生了地震,赶紧打电话报警。幸好盾构机是封闭的,没有影响到施工人员的安全。项目部立即制定方案,修复被气体冲开的通道,通过反复的压浆使泥浆压力逐步建立。然后,通过泥浆循环把塌落在刀盘舱内的砂土循环出去,减轻刀盘负荷。经过一个多星期的出浆排砂,盾构机才修复好并恢复掘进。
  4.“高压进舱”作业
  施工人员多次进行“高压进舱”作业也十分惊险。为了修复泥浆门、检查碎石机漏油情况并开展焊接工作,过江前检查刀盘及刀具的情况,施工人员必须带压进舱。高压进舱犹如进入鲨鱼嘴,保压系统一旦出现问题,巨大压力作用下,泥水就会迅速冲进气舱,舱内人员几乎无逃生可能。高压进舱作业又如大象穿针鼻——气舱宽度仅83厘米,作业人员不带任何设备待在里面转身都很困难,可以想象在里面开展泥浆门复位、焊接等工作是何等的不易。潜水员一般能承受三公斤的压力,而此时的压力达到4.5公斤。为解决这一问题,施工方请了海军工程大学的专家来培训,采用了新技术。当技术人员第一次进去时,大家都捏了一把汗,出来时,大家才松了一口气。
  在“长江一号”“长江二号”长距离的掘进过程中,遇到的不只上述几场惊心动魄的风险,还有很多大大小小的事故。比如当盾构机在江底掘进时,居然碰到了日本入侵武汉时丢到江底的炸弹。当时,施工人员只是感觉到盾构机碰到了异物,但并没有发现炸弹,直到盾构机在汉口出洞后人们清理盾构机前面的杂物时,才发现一枚长50厘米的炸弹,想起来就让人后怕。盾构机穿越江南的武九铁路时,因为火车随时都可能经过,施工人员绷紧了神经,24小时巡视,担心路基会沉降塌陷,影响火车正常运行。所幸最后没有出现任何异常。位处汉口有116年历史的鲁兹故居,是湖北省重点文物保护单位,离江北的竖井南侧仅20米,保护难度极大。鲁兹故居是一栋西式两层砖木结构楼房,盾构机从它下面经过时,距离上面房屋只有六米,该处地质条件差,容易下陷。施工方控制掘进参数,科学防护监测,盾构机经过后,房屋下陷不超过一厘米,建筑完好无损。
  武汉长江隧道建设集河床冲积变化大、地层纵向复杂多变、江中局部穿切一半硬一半软的硬质岩石、水压力高、地层透水性强、长距离掘进、下穿建筑物密集等诸多难点于一身,修建难度世界罕见,是目前中国地质条件最复杂、工程技术含量最高、施工难度最大的江底隧道工程。

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