海底隧道大直徑盾構機“深江1號”運抵施工現場有望于11月盾構始發(fā)

2021-09-18 08:49:56來源：科技日報

我國自主研發(fā)的海底隧道大直徑盾構機“深江1號”，正從長沙陸續(xù)運抵虎門深江鐵路珠江口隧道施工現場，有望于11月盾構始發(fā)。

在廣州，在深圳，海珠灣隧道、皇崗路快速化改造工程，兩條超大直徑盾構隧道建設正加速推進。

在汕頭，在湛江，“永平號”“永興號”兩臺兄弟號大直徑盾構機如百米蛟龍，正騰躍在汕頭灣、湛江灣海底，打通汕汕、廣湛鐵路“咽喉要道”……

今年5月，在兩院院士大會、中國科協第十次全國代表大會上，習近平總書記在講到“高端產業(yè)取得新突破”時指出，“最大直徑盾構機順利始發(fā)”。穿江越河終入海、盾構潛行逐浪來。中鐵十四局作為中國大盾構“國家隊”，多年來，在長江、黃河等大江大河下歷經熏陶和洗禮，正帶著大盾構施工最新技術，搏擊中國對外開放最前沿——粵港澳大灣區(qū)的建設浪潮，成為大灣區(qū)交通建設的“奇兵”。

穿城跨海施工環(huán)境復雜等成難題

大盾構施工，作為最先進的隧道挖掘方式，憑借快速、方便、安全的優(yōu)勢，廣泛應用于鐵路、公路、地鐵等隧道工程中。尤其近20年來，巨大的市場需求、豐富的現場應用，推動著我國在盾構機研制上實現了從“跟跑”到“領跑”的重大跨越。

大灣區(qū)輻射城市，多瀕臨沿海、山脈展布、江河縱橫，進行高鐵、公路等建設，需穿山越海，立體推進。交通建設如何破解穿城、跨海施工環(huán)境復雜等難題，保護自然生態(tài)、城市環(huán)境等，都是多年來方案論證的重要課題。如今，綜合考慮施工安全、環(huán)保等因素，以大盾構隧道形式穿越城市核心區(qū)、穿越海底的方案不斷得到落地實踐。

據了解，大灣區(qū)在建的3條高鐵——汕汕、廣湛、深江鐵路，都采用大盾構隧道施工引高鐵穿海飛馳。

在城區(qū)、在海底進行大盾構施工，水文、地質條件到底有多復雜?

“汕頭灣海底隧道穿越地層復雜，長距離穿越全斷面花崗巖段809米，有4處斷裂帶，430米上軟下硬地段，巖層最大強度達166兆帕，孤石最大直徑達5米，施工難度極大。”中鐵十四局汕汕鐵路汕頭灣海底隧道項目負責人趙海濤說。

而他們正在建設的深江鐵路珠江口隧道，是目前中國最大埋深、最大水壓的海底隧道，需依次穿越軟土、上軟下硬地層，長距離穿越全斷面含礫砂巖，尤其穿越斷裂帶時，水土壓力接近11倍的大氣壓，為“世界之最”，且最大埋深超百米，盾構機的拆解方式為洞內接收、原位拆解并回拖運輸，同時要確保設備完好率，國內沒有成熟經驗可供參考。

他們承建的廣州海珠灣隧道、皇崗路快速化改造工程，沿線建(構)筑物多，周邊環(huán)境復雜，盾構作業(yè)條件差，施工環(huán)境和建造難度不亞于在長安街下“穿針引線”。

盾構裝備的適應性制造啃“硬骨頭”

工欲善其事，必先利其器。盾構裝備的適應性制造，正是啃下如此多的“硬骨頭”的關鍵一環(huán)。

從2004年開始，中鐵十四局在南京長江隧道探索江底“未知”，不畏艱難險阻，10余年來，在“江河湖海城”下，攻克過軟土、粘土、礫巖、卵石、鋼板砂、花崗巖、孤石群、巖溶區(qū)、江中沖槽、上軟下硬、左軟右硬、強透水、高水壓等不同地質。

“在揚州瘦西湖隧道，應對全斷面硬質膨脹性黏土層，設計刀盤分時分步沖刷等系列方案的成功實施，開辟了中鐵十四局自主整修、改造超大直徑泥水平衡盾構機的先河。而后每一次現場技術攻關，都在為盾構裝備適應性設計制造儲備實戰(zhàn)經驗。如今承攬的大盾構工程施工用的盾構機，都是我們聯合設備廠家量身打造。”中鐵十四局大盾構公司副總經理路開道介紹。

在汕頭灣海底隧道，打造的“永平號”混合式盾構機，開挖直徑14.57米，刀盤上加密配置滾刀，間距由傳統的100毫米縮至90毫米，如同一顆顆用鋼鐵打造的“牙齒”能高效啃碎海底巖石，滾刀還配備全自動檢測系統，這些技術在大直徑盾構隧道施工中均為首次應用。

廣湛鐵路湛江灣海底隧道，全長9640米，盾構段7352米，穿越海域段2500米，途徑湛江主城區(qū)3.5公里并下穿多條重要市政道路，是國內一次性獨頭掘進最長大直徑穿海高鐵盾構隧道。

中鐵十四局大盾構公司打造的“永興號”盾構機開挖直徑達14.33米，刀盤采用常壓刀盤，還選用了比一般盾構機更大的45%刀盤開口率，在氣墊倉下方的出渣口配置了國內首次使用的“攪拌器+滾柱破碎機”裝置，能有效解決長距離穿越、地質復雜、廢漿量大、海底水壓高等難題。

而珠江口隧道工程施工用的國產大直徑泥水平衡盾構機“深江1號”，日前在全球最大高端地下工程裝備制造基地——中國鐵建重工集團長沙產業(yè)園完成下線驗收。

“我們設計的‘雙殼’模式，將在海底接收并同步實現原位拆解，盾構機如同‘金蟬脫殼’般從海底全身而退。”在長沙負責盾構機監(jiān)造的項目盾構副經理秦鵬介紹，中鐵十四局還與鐵建重工正在研發(fā)一系列原位拆解專用的工程裝備，這些都是國內首創(chuàng)。

連日來，“永平號”“永興號”盾構機正高效掘進，向著海灣挺進。“深江1號”盾構機不日將從虎門向南沙“蓄勢起航”。

探索新辦法盾構施工“集約化”

多臺“巨無霸”要在海底、中心城區(qū)掘進，安全高效、零污染、零擾動是施工把控的重要環(huán)節(jié)。

作為聚焦水下隧道施工這一建筑業(yè)高端技術的施工企業(yè)，在每項工程實施過程都面臨著諸多施工難題和風險控制難度，尤其是穿江越海更是諸多艱難險阻，困難重重。面對新的挑戰(zhàn)，更要善于探索新的辦法。

在汕頭灣海底隧道、湛江灣海底隧道工程項目，他們搭建的智慧工程指揮中心正有序運作，與中鐵十四局大盾構公司南京總部智慧監(jiān)控中心進行互聯互通，實現了公司、項目兩級對整個工地建設的綜合管控，實時智能監(jiān)控盾構機參數以及監(jiān)控測量地面沉降、檢測工作人員狀況等。

“掘進全過程，兩級平臺不間斷聯動，將更科學地監(jiān)控和指導掘進參數，解決現場難題，確保盾構施工安全平穩(wěn)推進。”大盾構公司盾構智慧管控中心負責人陸野介紹。

這一“互聯網+盾構施工”的智能化變革，得益于中鐵十四局多年來堅持創(chuàng)新運用大數據、建筑信息模型、智慧指揮等多項先進技術推動“智慧建造”的戰(zhàn)略部署和落地實施。

尤其是近年來，為更好地應對水下隧道施工難題，他們響應王復明院士提出的“工程醫(yī)院”的概念，建立“中鐵十四局大盾構技術中心盾構專科醫(yī)院”。盾構專科醫(yī)院的專家?guī)欤稍菏俊W者、教授、行業(yè)專家和技術工匠組成，這些專家有不同的專業(yè)領域，也就是不同“病癥”的問診團隊。

趙海濤表示，汕頭灣海底隧道項目依托“盾構專科醫(yī)院”，平均每月都要開2次專家會，每次專家會都會邀請5至8名內外部專家進行線上或線下指導，主要對施工方案評審、風險點及防控措施等專業(yè)問題進行診斷和預判。

廣州海珠灣隧道北接東曉南路高架，南連廣州南站，縱跨海珠區(qū)和番禺區(qū)，盾構段長2077米，開挖直徑15.07米，是廣州地區(qū)首個采用超大直徑盾構技術建設的水下隧道。2020年12月開工以來，他們多次依托“盾構專科醫(yī)院”的專家?guī)欤垖＜以诰€或者線下開展盾構機選型論證會，結合地質條件等對盾構機進行針對性設計。

該隧道設計單位中鐵四院隧道院水下隧道所副所長胡大偉說，隧道的建成，將有效緩解廣州市中心城區(qū)前往廣州南站的繞行、擁堵問題，屆時從中心城區(qū)海印橋到廣州南站，駕車行駛總時長可從50分鐘縮短至約15分鐘。

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