“黑科技”解决“向下”难题

廖君

1864年，凡尔纳在他的科幻小说《地心游记》里，用各种巧妙的办法解决了人类在探索地下世界时遇到的光线、通风、清除障碍物等一系列困难。

100多年后，人类对地下世界的探索和利用已经到了凡尔纳所无法想象的深度和可能，而伴随而来的，也是远非他所能预料的困难。所幸的是，为了使地下世界成为人类生活的一部分，每往下走一米，都有“黑科技”应运而生。

“亚洲最复杂地下综合体”施工有多难

地处武汉市中心的光谷广场转盘，一度曾是武汉市闻名的堵点之一，平时日均通行车辆约15万辆，“转不动”已成家常便饭，常常陷入“堵死”模式。

为彻底根治拥堵顽疾，2014年12月，光谷广场综合体开工建设，这个综合体集轨道交通、市政隧道、地下公共空间于一体，汇集了3条地铁线和2条市政公路，地下分三层，最大埋深34米，总建筑面积约16万平方米。

武汉地铁集团总工办侯云亮说，光谷综合体工程设计为地下三层和一个夹层：地下一层为地铁站厅及公共空间；鲁磨路公路隧道位于地下一层上方的夹层；地下二层为地铁2号线南延线区间、珞喻路公路隧道；地下三层则是地铁11号线的站台。

光谷广场综合体被称为“亚洲最复杂地下综合体”，在这个地下空间，地铁站、地铁隧道、公路隧道分为三层并存，互不干扰。建成后将有16个出入口可以与地面连通。

光谷综合体总体设计负责人周兵说，建设单位武汉地铁集团和中铁十一局集团、铁四院等参建各方在施工中大胆进行工艺工法的创新，并且在施工技术方面填补了国内空白。

在爆破工艺方面，考虑到光谷综合体混凝土临时结构支撑梁布局形式复杂，净空高，拆除方量大和难度大，传统的拆除方式不能满足现场工期等要求，项目部经过反复比较论证，首次探索创新采用微差延期起爆技术，采用毫秒级双雷管传爆，不仅节约工期6个月，而且确保了圆盘区周边建筑和往来行人车辆的“安然无恙”。

中国工程院土木、水利与建筑工程学部主任周福霖院士评价此工艺“填补国内相关领域的空白”。

江下行走的盾构机神器

同样是在武汉，还有另一项地下的“超级工程”。62年前，横跨长江两岸的武汉长江大桥，实现了上层走汽车、下层跑火车。一个甲子之后，在下游的长江江底深处，武汉长江公铁隧道又成为世人关注的焦点。

武汉长江公铁隧道是公铁两用隧道，通过在隧道内建设内衬结构，实现地铁与汽车的分离运行。

“三阳号”和“开泰号”这两台盾构机负责承担隧道内的掘进重任。这两台“巨无霸”仅刀盘就重约595吨，刀具共有361把，分为滚刀、齿刀、刮刀、先行刀、中心刀等类型，功用类似人的磨牙、切牙、尖牙等，在掘进时对地层进行“磨、切、削”。

“做完这条隧道再回头看以前的越江工程，就相当于小学测验和高考的区别。”武汉地铁集团二级项目经理倪正茂说。

他说，盾构机始发不久，就遇到复杂地质状况：在长约1360米的江底，同时分布着强度极高的砾岩和黏性极大的泥岩，两者如同“钻石层”和“年糕团”，一方面快速磨损盾构机的刀具，另一方面又结成泥饼贴在刀盘上，大大增加了盾构机地下切割的难度。

项目部负责人说，从2016年4月盾构机始发到现在，两年时间里，共有4000多把各式刀具被更换下来，换刀总次数接近300次。“这也是无法想象的事情！一般的越江盾构工程只需要换3次刀就足够了，我们这次却接近别人的100倍。”倪正茂说。

工程人员查阅文献资料，发现全球范围内没有可参考的经验。武汉地铁集团请来中国科学院院士孙钧，中国工程院院士钱七虎、陈湘生等国内外盾构领域的名家组成团队进行攻关。

2017年8月6日午夜，经过两个月改造的盾构机开始复推，当天掘进距离即达到4环8米。大家击掌相庆，吃下了几个月以来最香的一顿饭。

如今，中铁装备在全球拥有全尺寸和全系列盾构机，可根据客户需求量身定制，应对各种复杂的应用环境。

生命之风

在先进科技和现代建筑工程技术等的加持下，不少美国高校注重向地下拓展空间。美国明尼苏达大学地下空间中心是地下公共建筑设计的杰出案例，也是解决地下照明和幽闭心理情况的良好示范。

当阳光、通风、温度都不是问题后，另一个人类需要面对的问题是，地下世界如何防水防火，一旦发生危险，又如何从地下逃生？中国港珠澳大桥的建设经验也许能有助于解决这些难题。

天上有飞机，海上有轮船，夹在中间的港珠澳大桥如何才不会影响邻近香港国际机场航线的飞行安全，又能满足伶仃洋航道30万吨轮船通航的需要呢？

港珠澳大桥设计团队提出一个极富创造力的方案：建造东西两个人工岛，修建一段海底隧道，将隧道与大桥连接起来。这条世界最长的海底沉管隧道由33个巨型沉管组成，每节管道长180米，单节重约8万吨，沉入海底40多米。

在港珠澳大桥之前，全世界已经建成了100多条沉管隧道，但全都是贴着海床的浅埋沉管。伶仃洋上，万吨海船天天驶过，留给港珠澳大桥岛隧工程项目总经理、总工程师林鸣的选择只有一个：深埋。深埋意味着沉管在海底要承受超过浅埋沉管5倍的荷载———无论按照传统的刚性还是柔性沉管结构设计，沉管的218个接头有1个承受不了这么大力就是一场巨大的灾难。

在反复验证沉管是刚性还是柔性后，林鸣终于决定采用半刚性。半刚性综合了刚性和柔性结构的优点，强化小管节之间的连接，进一步控制180米长、由8个小关节连接而成的大管节的变形。这一全球首创的结构设计让港珠澳大桥拥有了世界首条“滴水不漏”的海底隧道。

有研究表明，在隧道内无风的情况下若有大货车发生火灾事故并燃烧，1分钟左右烟气就会蔓延到人的高度，而大货车随时会有爆炸的可能，不能迅速逃离的话就会有生命危险。那么处于地下，甚至是海底隧道，该怎么逃？

早在设计之时，这个问题就已经被工程师们考虑在内。港珠澳大桥隧道内铺设的防火板采用特殊耐火材料制成，外层还涂有黑色耐高温漆层，能保证在1200℃的燃烧高温下，隧道结构2小时内不受破坏。

而要防止火灾的危险，通风至为关键。行车孔通风系统通过风机和隧道内活塞风的作用实现隧道内的通风换气功能，保证隧道内的行车安全性和舒适性。另外，独立排烟系统通过排烟道两侧电动排烟口将烟雾集中抽取，进行侧向集中排烟，烟雾通过隧道出口侧设置的风塔进行排放，是保障人员逃生的“生命通道”。

其中，中国首台大型轴流风机号称隧道“生命之风”。它既能对整个隧道进行换气，又能在火灾时进行排烟。

《地心游记》里，主人公們因火山喷发的力量九死一生地回到地面，结束了他们在地心两个多月的旅程，“终于体会到光亮”，却仍然不断有人质疑他们的行程。今天，随着科技的发展，人类往来地上地下已经不需要付出生命的代价，当阳光照耀地下的时候，也不用再担心，我们的旅程只能停留在想象之中。

（综合摘编自《环球》、新华网）