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克服高水压大直径难题 我国自主研制盾构机平稳穿越长江

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日前,记者来到位于长江下游的江阴靖江过江通道隧道。江底深处,一台我国直径最大、性能最先进的泥水平衡盾构机,正在奋力前行,穿越长江。

沿着已经成型的江阴靖江过江通道左线隧道,科技日报记者自北向南前行约1500米,伴随着轻微低沉的轰鸣声,一台直径16.09米、长约170米、重约5000吨、高约6层楼的“钢铁巨兽”映入我们的眼帘,这就是由中交天和自主研制的“聚力一号”盾构机。

工程技术人员告诉记者,这台“钢铁巨兽”每天最多可掘进20米,且误差极小,在已成型的近1500米隧道中,管片错边量不超过3毫米,管片上浮量控制在5毫米以内,远远低于行业内5—10毫米的隧道掘进数据。

超强盾构机让穿越长江变得容易

让“钢铁巨兽”般的盾构机轻松穿越长江,绝不是一件容易的事。长距离、高水压、复杂的地质环境对盾构机的设计研发、生产制造和掘进技术都会带来极其严峻的考验。

江阴靖江过江通道隧道全长6445米,其中盾构段全长4937米,总长度在长江隧道中排名第二。盾构机在掘进过程中,需多次下穿敏感建构筑物、有害气体集聚区域,不良地质掘进距离长,对盾构机的系统性、可靠性要求极高。为确保隧道掘进的快捷性、安全性和环保性,江阴靖江过江通道隧道采用了复合式泥水平衡盾构机。

“聚力一号”最大总推力为268800千牛(kN),最大程度优化了刀盘冲洗装置,有效避免了在同等地质条件下盾构机掘进过程中聚结泥饼的难题,掘进速度达到甚至超过设计速度。以2022年8月为例,“聚力一号”最大日掘进速度为10环(20米),月总掘进215环(430米)。

“聚力一号”穿越长江的最大水压达0.87兆帕,相当于每个指甲盖大小面积需承受8.7公斤压力,是国内在建承受水压最高的公路盾构隧道。复杂的掘进作业环境,对盾构机密封系统和机体耐压力等提出更高要求。为此,研发人员为盾构机配置了专门的气垫舱,把掌子面压力精准控制在±0.02兆帕以内,随时控制掘进过程中的泥水压力,防止地层出现沉降,确保盾构机掘进姿态平稳优美。

“聚力一号”需下穿富含胶结物的粉细砂、中粗砂、石英含量高地层等复杂地层,且江底段为断层破碎带,覆土最薄处仅11米,透水性强,施工难度大,仅刀盘刀具磨损就为同类型软土的3倍。但经采用特有技术,可实现长距离不换刀。

“聚力一号”还配备了智能化导向、智能化地质超前预报、刀具磨损光纤监测、盾尾间隙自动测量、管片上浮及收敛自动监测、高精度有害气体监测和同步双液注浆等系统,确保隧道掘进做到“可视、可测、可控、可达”,使高强度、高风险、高污染的隧道掘进作业转变为安全、高效、节能、环保的绿色掘进模式。

“钢铁巨兽”与“微笑天使”和谐共处

除了“钢铁巨兽”刚硬的一面,“聚力一号”也有温柔的一面。其刀盘涂装了江豚图案。江豚是国家一级保护动物,被称为“水中大熊猫”,也因为亲切友好的微笑形象而被称为“微笑天使”。作为世代以长江为家园的江豚,对水质和噪声异常敏感。刀盘涂装“微笑天使”图案,不仅凸显了江苏的地域文化特色,也蕴含了对长江生态保护的高标准和严要求。从设计研发、生产制造到掘进作业,中交天和始终把爱护江豚、保护长江生态摆在最突出位置,把大保护理念渗透到各个环节,始终将绿色研发、绿色设计、绿色制造和绿色掘进作为初心使命。

中交天和设计研发团队围绕长江生态保护,无数次修正和完善方案,把对江豚家族生存延续的影响降至最低,积极寻求保护江豚和珍稀鱼类的最优参数,为它们提供一个健康、安全、优质的生活环境。基于水下噪声监测技术,建立刀盘转速、掘进速度与作业噪声间的关系模型,实时监测掘进过程产生的噪声,确保控制在设计阈值(80分贝)内;配备绿色环保管路延长装置,杜绝隧道内泥水溢出对作业环境的污染,自觉维护周边环境及生物的多样性。

江阴靖江过江通道北起靖江公新公路,南至江阴芙蓉大道,按照双向六车道高速公路标准建设,设计行车速度80公里/小时,对缓解江阴长江大桥交通压力、增强长江干线过江通道通行能力、促进长三角高质量一体化发展等具有重大意义。

据中交天和总经理助理杨辉介绍,江阴靖江过江通道工程作为交通强国建设江苏样板标志性工程、中国高水压大直径盾构隧道建设创新工程,预计将于2023年底实现整体贯通。

编辑:小鹿

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