面对松软土质与现有地铁线路交叠的严峻挑战,汤申—东海岸线滨海湾站深层隧道工程团队引入地底冷冻技术,以水克水,有效阻止地下水渗入挖掘隧道的范围。
参与项目的两名工程师因善用这一创新且安全技术,荣获新加坡建设局颁发的“优秀设计与工程安全奖”。
滨海湾地铁站是南北线、环线与汤申—东海岸线的交汇点,其中汤申—东海岸线部分已于2022年通车。这个汤申—东海岸线上的地铁站建造难度很大,因为它的隧道须穿过两条已运营的隧道下方,空间狭窄,地势复杂。
此外,滨海湾地铁站位于滨海湾填海区,那里的土壤主要是松散的海洋黏土和回填物,地下水位又高,压力巨大。要在这样的环境中开挖隧道,堪称是一场与大自然的博弈,若采用传统方法难以完全避免渗水或地层塌陷的风险。
采用“地底冷冻”技术 在冷冻与膨胀间取得平衡
负责这段工程的两名工程师最终决定采用一个当时本地未使用过创新技术——“地底冷冻”技术。具体做法是在施工时,将高浓度盐水通过管道注入地下循环,冷却至零下30摄氏度,使土壤中的水分冻结成冰。冰层将松软的黏土和渗透性极强的砂层“胶结”在一起,形成坚固的冻结土壁。
负责工程师之一的蔡东成接受《联合早报》访问时说,水是隧道工程中最大的挑战,施工时必须确保绝对密封,因为只要有一点点空隙都可能导致地下水涌入。
蔡东成介绍说:“地底冷冻技术的特点在于,它通过移除水的热量,将水这个敌人转化为朋友。水分冻结后不仅形成不透水的屏障,还能顾增强土壤的整体强度,确保施工安全。”
不过,冻结过程也有风险。冰层形成时会导致土壤膨胀,若控制不当,可能影响上方正在运营的隧道。因此,工程团队必须在确保冰冻足够与避免过度 。
蔡东成说:“这跟一般工程‘多做以保安全’的做法不同。在这里,‘多’反而可能增加风险。……就像蛋壳,太厚固然安全,但小鸡也无法破壳而出。我们的设计必须既安全,又能让施工顺利进行。”
为此,团队对本地土壤在冻结状态下的特性进行测试,再将数据输入模型进行分析,以评估这对周边结构的影响。这个测试在本地是第一次。
工程师:罕见地在隧道体验凉爽施工环境
整个冻结与施工过程历时约四个半月。在这期间,工地也罕见地出现“舒适”的施工环境。蔡东成笑说:“这是第一次在隧道中工作感觉到凉爽。”
蔡东成任职于Kiso-Jiban Singapore,他当时与同事刘玉婷分别是这个工程的土木及岩土工程的工程合格人员(Qualified Person)。由于他们提出安全且具创新性的方案解决了工程难题,获得建设局的“优秀设计与工程安全奖”。
今年获得此奖的共有四名专业工程师,另两人是陈进福与简文伟。
陈进福凭新加坡乌节泛太平洋酒店项目获奖。他在空间受限的地段,用各种创意办法建成23层酒店,包括引入多层空中花园结构、通过加固并重用地下连续墙,以及采用“半逆作法”开挖,即边拆边重建,确保周边建筑安稳;此外,采用长跨钢桁架、预制构件,以及采用适宜制造和装配的设计,提升施工效率与安全。
简文伟则在三个大项目中有出色表现而获奖,包括新加坡中央医院急诊与国家神经科学中心、The GEAR,以及桦丽居与桦丽坊。他在深基坑、长跨无柱空间及综合体开发等挑战中兼顾了安全、效率与可持续性,体现卓越的工程水准。
建设局2008年设立此奖项,按土木、商业、工业、教育与综合发展五大类别,表彰工程师与团队对于创新与安全性的贡献,确保新加坡的建筑环境保持安全、韧性,并具前瞻性。