万里长江浩荡东流，至上海崇明岛分流入海。相对宽阔笔直的南支水道上，往来船舶穿梭不息，异常繁忙。
江面之下，一个重大工程正在加速推进，这就是崇太长江隧道——即连接上海市崇明区与江苏省太仓市的隧道，全长14.25千米，采用单洞双线设计，也就是说一条隧道可容纳两列高铁列车同时通行。
历经23个月的艰难掘进，3月29日，由我国自主研制的世界最大直径高铁盾构机“领航号”顺利完成这条隧道长江水下段11.18千米的施工任务，抵达江苏太仓，成功“上岸”。
在江底建隧道并不是什么新鲜事，崇太长江隧道也不是首个高铁过江隧道，但多个“最”则标识了其非凡的地位。中铁隧道局相关负责人告诉记者，作为世界级越江隧道工程，崇太长江隧道创造了四项世界第一，每一项都刷新着全球基建的纪录：
最深江底高铁隧道——最大埋深达到89米，相当于30层楼的高度。这意味着盾构机需要承受每平方米近90吨的超高水压。在这样的极端环境下施工，对设备的密封性和稳定性提出了前所未有的挑战。
最长独头掘进距离——11.325千米的独头掘进，相当于在江底完成一场“半程马拉松”。全程水下无中间竖井，这意味着盾构机必须在没有补给和维修点的情况下，连续穿越复杂的地质层，对设备可靠性、密封技术、物料运输等环节都是极限考验。
最大直径高铁盾构机——“领航号”刀盘直径达15.4米，约5层楼高，总长148米，总重4000吨，是目前全球直径最大的高铁专用盾构机，工程技术的集大成者。
最高时速穿江隧道——设计时速350公里，建成后将成为全球首条高铁穿江不减速的隧道。以往跨江高铁必须降速、绕行，而崇太长江隧道将彻底改写这一历史。
承担隧道掘进任务的，是“隧道及地下工程领域国家队”中铁隧道局和由我国自主研发的世界最大直径高铁盾构机“领航号”。
那么，为何要在长江之下建高铁隧道？这一工程面临哪些技术挑战？作为隧洞掘进的核心装备，“领航号”又有哪些绝技？
高铁为何要走“水底”
崇太长江隧道的打通，将改写崇明岛不通高铁的历史，崇明经太仓到上海宝山的时间也将被压缩至17分钟。
往小了说，崇太长江隧道通车后，崇明岛的交通将更加便捷。往大了说，该隧道作为沿江通道（沪渝蓉高铁）的咽喉，将助力连接起沪、苏、皖、鄂、渝、川等六省市，串联三大城市群，沿线20多座小城将首次迈入时速350公里的高铁时代，带动上下游行业增加值增长近1.5万亿元。
很多人会疑问，这条高速铁路为何要走隧道，架桥铺路不行吗？
中铁隧道局相关负责人告诉记者，作为黄金水道，长江南支水道承载着众多大型船舶运输及锚地需求。如果在崇明至陆地十多公里跨度的江面修建桥梁，“桥必须修得足够高、跨度足够大，才能确保大型船舶通过。”高铁若以350公里时速通过，对桥梁线路平整度要求极高，这对大跨度、超高度的桥梁是一大挑战。此外，长江入海口侧风强，影响列车高速行驶的稳定性，更遑论台风等极端天气。
高铁是否可以降速通过桥梁呢？连接上海宝山、崇明和江苏太仓段的高铁不减速运行，有助于提升整个沿江通道的运行效率。作为“八纵八横”高铁网中“八横”通道之一，沿江通道对整个高铁网运行效率影响重大。这也从侧面解释了，为什么崇太长江隧道被称为沪渝蓉高速铁路的关键控制性工程。
此外，这条南支水道，还有大片长江刀鲚水产种质资源保护区，修建水下隧道，能最大程度减少对水生态环境的干扰。
因此，让高铁从江底走，是更稳定、更可控的选项。“概括起来说，隧道不挡船、不受气影响、不扰民，还能让高铁不降速。这是一个技术、经济、运营上综合起来的最优方案。”上述负责人总结道。
中铁隧道局崇太长江隧道项目相关负责人介绍，2024年4月29日，“领航号”从崇明出发，以独头掘进的方式，每天以20米至24米的速度向江苏太仓方向掘进。截至目前，“领航号”已掘进11.18千米，距离2号井越来越近。按照计划，“领航号”将到达2号井后，做短暂“休整”，继续前进至1号井。预计到今年底，崇太长江隧道将实现全线贯通。
“嫩豆腐里的孔”怎么打
如果说普通隧道满足基本通行需求即可，那么崇太长江隧道则是一个兼具“高速”与“高安全”的超级工程。
“列车以350公里时速在隧道内行驶，会产生强烈的活塞风与压力波，这就需要攻克轨道平顺性等技术难关，以保障列车的运营安全与乘坐舒适度。”中铁隧道局崇太长江隧道项目工程部部长马晨梁说。
直接影响轨道平顺性的，就是隧道轴线。崇太长江隧道的设计轴线并非一条规则的弧线，更非直线。从侧面看，隧道走向是个和江底大致平行的“V”字。此外，隧道前进的方向也会出现“左右转弯”的情形。
“高铁高速运行对隧道线路平顺性要求极高，要保证高铁经过隧道不降速，就要做好线型控制，把隧道的坡度、方向控制在一定范围。”马晨梁告诉记者，这需毫米级轴线管控，全程姿态偏差严控在±5毫米内。
“V”字形的走向带来的另一个问题是，隧洞挖得越深，承受的水压就越大。如崇太长江隧道最深处距离江面89米，压力达0.9兆帕，相当于一个椅子上停了一辆重型自卸卡车。马晨梁告诉记者，这种超高水压对隧道防渗漏、防江水突涌、设备密封等要求极为严苛，需要构建超级防水屏障，以应对极高静水压力，真正做到“滴水不漏”。
马晨梁和团队做的一项主要工作，就是测量隧道的平面线型和纵断面，计算出三维坐标，摸清隧道“左右转弯、上下起伏”情况，即隧道轴线。在实际作业中，盾构机需按照轴线精准掘进。
和常规隧道相比，崇太长江隧道面临的地层更加复杂。中铁隧道局崇太长江隧道项目设备副经理王燚告诉记者，崇太长江隧道穿越的地层有软土、粉砂、硬岩、富水断层及伴含沼气层等，地质风险极高，“特别是软土，就像淤泥一样，极易发生沉降或塌方。”
业内把在这种地质环境中掘进隧洞比喻为“在豆腐里打孔”。这块“豆腐”还是“嫩豆腐”，这个孔既要打得平顺丝滑，还不能“掉渣”，更不能让“豆腐”坍塌，施工难度可想而知。
掘进隧洞又不仅仅是“地下”的事。马晨梁介绍，崇太长江隧道工程从崇明岛万安村始发，要穿越民房、企业、公园、长江及长江南北岸大堤等多个沿线建（构）筑物，“下穿过程中是否会影响这些建（构）筑物的安全，都需要精准测量和风险评估。”
面对复杂地层，隧洞每挖一段，隧道就紧随其后建设一段。王燚介绍，盾构机每掘进2米，就会同步进行隧道管片拼装和注浆操作，即使用预制好的混凝土管片拼装隧道，同时在管片与隧道壁之间注入水泥。完成管片拼装和同步注浆后，再进行内部衬砌施工。这就像给隧道穿上了三层总厚度超1米的“铠甲”，有效提升隧道防水、防沉降的性能。
根据江底地质条件，崇太长江隧道采用了泥水管道的出渣方式。在隧道中，一黄一白两条平行管道吸引了记者注意。据介绍，渣土以泥浆状态从黄色的排浆管路输送到隧道外，在分离站分离渣土后，泥水通过白色进浆管路回流，再和渣土混合后通过排浆管路排出，如此循环。这就像淘米水和米，水、米先顺着管道出去，水、米分离之后，淘米水再回来，和新的米搅拌后再排出去。
“打孔”的大块头有大智慧
“嫩豆腐里打孔”的关键核心装备，就是我国自主研制的超大直径盾构机——“领航号”。其刀盘直径15.4米，足有五层楼高。整机总长约148米，总重约4000吨。站在这个大家伙面前，记者就像仰望一条穿行水下的“钢铁巨龙”。
盾构机是定制化装备，即根据不同工程的地质条件“按需定制”。作为世界最长高铁隧道，崇太长江隧道对盾构机有哪些特定需求？
作为专为崇太长江隧道量身打造的“大国重器”，“领航号”足够“强壮”。一张“大脸盘子”上长满了“铁齿钢牙”——具有超强耐磨性的刀盘和刀具，28组共56个油缸最大推力能达到27155吨，其承受最大水土压力达1.2兆帕，可从容承受江底施工最大水土压力。
“领航号”不仅“体格”强健，也足够“命硬”。王燚说，“领航号”的理论寿命是需求寿命的约3倍，可以一次完成超过15公里的掘进任务。为适应江底高铁隧道掘进场景，“领航号”主轴承的密封性、主轴承本身及盾尾密封都达到了极高标准。
大块头的“领航号”有强健的体魄，更有聪明的“头脑”。作为一个极为复杂精密的系统，“领航号”采用“1+5”节拖车设计，搭载先进的智能掘进、智能拼装、超前地质预报、泥水仓可视化、盾尾密封安全预警、设备状态在线监测等智能系统，实现了“有人值守、无人操作”智能掘进。
如此一来，“领航号”不仅有了“超级大脑”，在“遁地”过程中也有了更加灵敏的“视觉”和“触觉”。
如果说以前盾构机掘进过程中，面对前方的土层就像“开盲盒”，“领航号”则有了“慧眼”。“经过成千上万年的冲击、沉积，长江底下的泥土层一直处于变化之中，掘进过程中面临障碍物的不确定性。”王燚说，“领航号”搭载的智能探测系统，可以探测前方30米范围内的情况，这就像给盾构机装上了“眼睛”，可实现不明障碍物探测。一旦遇到不明障碍物，会发出预警，并配合泥水仓可视化系统，做好障碍物处置。
“领航号”还拥有敏感的“触觉”。通过多元感知与实时解译技术，实现了工程地质即时探测、设备状态在线监测、有害气体实时预警、隧道结构健康感知。
这个“钢铁巨龙”搭载的智能掘进系统，又让其拥有了最顶级的“智商”，相当于实现了盾构机的“无人驾驶”。“盾构大数据中心汇集了700多个项目的掘进数据，AI模型通过这些数据的学习，实现了仓内压力自适应、云端预测数据自决策、掘进姿态自巡航、环流出渣自调整等。”王燚说，如舱内压力自适应，可以让刀盘根据土层压力自动调整速度，根据上下坡情况实现掘进姿态自巡航，根据泥浆比重和掘进速度等，还可以实现自动调整泵级转速。
这也极大减轻了人员的工作压力。主司机吕政鑫和副司机赵亚卓在值班期间，主要控制油缸推进压力，监控和检查设备。“和其他司机主要负责驾驶相比，我们更需要的是研究和检测设备、线路等，准确掌握各种指标参数。”吕政鑫说。
盾构机被誉为“工程机械之王”，“领航号”是中国在这一领域的杰出代表。从无到有，从有到优，中国盾构机凭借创新技术、过硬质量，在全球市场占比达70%，大到穿江越海，小到打通城市管廊，越来越全能，越来越硬核。
