开路先锋,“国之重器”大盾构成大湾区交通建设“奇兵”

2021-09-17 17:13:23 来源: 科技日报 作者: 龙跃梅 刘福昌 林凤

科技日报记者 龙跃梅 通讯员 刘福昌 林凤

我国自主研发的海底隧道大直径盾构机“深江1号”,正从长沙陆续运抵虎门深江铁路珠江口隧道施工现场,有望于11月盾构始发。

8月23日,“深江1号”在长沙下线。刘福昌 摄

在广州,在深圳,海珠湾隧道、皇岗路快速化改造工程,两条超大直径盾构隧道建设正加速推进。

在汕头,在湛江,“永平号”“永兴号”两台兄弟号大直径盾构机如百米蛟龙,正腾跃在汕头湾、湛江湾海底,打通汕汕、广湛铁路“咽喉要道”……

今年5月,在两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上,习近平总书记在讲到“高端产业取得新突破”时指出,“最大直径盾构机顺利始发”。穿江越河终入海、盾构潜行逐浪来。中铁十四局作为中国大盾构“国家队”,多年来,在长江、黄河等大江大河下历经熏陶和洗礼,正带着大盾构施工最新技术,搏击中国对外开放最前沿——粤港澳大湾区的建设浪潮,成为大湾区交通建设的“奇兵”。

穿城跨海施工环境复杂等难题

大盾构施工,作为最先进的隧道挖掘方式,凭借快速、方便、安全的优势,广泛应用于铁路、公路、地铁等隧道工程中。尤其近20年来,巨大的市场需求、丰富的现场应用,推动着我国在盾构机研制上实现了从“跟跑”到“领跑”的重大跨越。

大湾区辐射城市,多濒临沿海山脉展布、江河纵横,进行高铁、公路等建设,需穿山越海,立体推进。交通建设如何破解穿城、跨海施工环境复杂等难题,保护自然生态、城市环境等,都是多年来方案论证的重要课题。如今,综合考虑施工安全、环保等因素,以大盾构隧道形式穿越城市核心区、穿越海底的方案不断得到落地实践。

据了解,大湾区在建的3条高铁——汕汕、广湛、深江铁路,都采用大盾构隧道施工引高铁穿海飞驰。

在城区、在海底进行大盾构施工,水文、地质条件到底有多复杂?

“汕头湾海底隧道穿越地层复杂,长距离穿越全断面花岗岩段809米,有4处断裂带,430米上软下硬地段,岩层最大强度达166兆帕,孤石最大直径达5米,施工难度大。”中铁十四局汕汕铁路汕头湾海底隧道项目负责人赵海涛说。

而他们正在建设的深江铁路珠江口隧道,是目前中国最大埋深、最大水压的海底隧道,需依次穿越软土、上软下硬地层,长距离穿越全断面含砾砂岩,尤其穿越断裂带时,水土压力接近11倍的大气压,为“世界之最”,且最大埋深超百米,盾构机的拆解方式为洞内接收、原位拆解并回拖运输,同时要确保设备完好率,国内没有成熟经验可供参考。

他们承建的广州海珠湾隧道、皇岗路快速化改造工程,沿线建(构)筑物多,周边环境复杂,盾构作业条件差,施工环境和建造难度不亚于在长安街下“穿针引线”。

盾构装备的适应性制造啃“硬骨头”

工欲善其事,必先利其器。盾构装备的适应性制造,正是啃下如此多的“硬骨头”的关键一环

2004年开始,中铁十四局在南京长江隧道探索江底“未知”,不畏艰难险阻,10余年来,在“江河湖海城”下,攻克过软土、粘土、砾岩、卵石、钢板砂、花岗岩、孤石群、岩溶区、江中冲槽、上软下硬、左软右硬、强透水、高水压等不同地质。

“在扬州瘦西湖隧道,应对全断面硬质膨胀性黏土层,设计刀盘分时分步冲刷等系列方案的成功实施开辟了中铁十四局自主整修、改造超大直径泥水平衡盾构机的先河。而后每一次现场技术攻关,都在为盾构装备适应性设计制造储备实战经验如今承揽的大盾构工程施工用的盾构机,都是我们联合设备厂家量身打造。”中铁十四局大盾构公司副总经理路开道介绍。

在汕头湾海底隧道,打造的“永平号”混合式盾构机,开挖直径14.57米,刀盘上加密配置滚刀,间距由传统的100毫米缩至90毫米,如同一颗颗用钢铁打造的“牙齿”能高效啃碎海底岩石滚刀配备全自动检测系统,这些技术在大直径盾构隧道施工中均为首次应用。

作业人员在盾构核心区域进行作业。刘福昌 摄

广湛铁路湛江湾海底隧道,全长9640米,盾构段7352米穿越海域段2500米,途径湛江主城区3.5公里并下穿多条重要市政道路,是国内一次性独头掘进最长大直径穿海高铁盾构隧道。

中铁十四局大盾构公司打造的“永兴号”盾构机开挖直径达14.33米,刀盘采用常压刀盘,还选用了比一般盾构机更大的45%刀盘开口率在气垫仓下方的出渣口配置了国内首次使用的“搅拌器+滚柱破碎机”装置,能有效解决长距离穿越、地质复杂、废浆量大、海底水压高等难题。

而珠江口隧道工程施工用的国产大直径泥水平衡盾构机“深江1号”,日前在全球最大高端地下工程装备制造基地——中国铁建重工集团长沙产业园完成下线验收。

“我们设计的‘双壳’模式,将在海底接收并同步实现原位拆解,盾构机如同‘金蝉脱壳’般从海底全身而退。”在长沙负责盾构机监造的项目盾构副经理秦鹏介绍,中铁十四局还与铁建重工正在研发一系列原位拆解专用的工程装备,这些都是国内首创。

连日来,“永平号”“永兴号”盾构机正高效掘进,向着海湾挺进。“深江1号”盾构机不日将从虎门向南沙“蓄势起航”。

探索新办法盾构施工“集约

多台“巨无霸”要在海底、中心城区掘进,安全高效、零污染、零扰动是施工把控的重要环节。

作为聚焦水下隧道施工这一建筑业高端技术的施工企业,在每项工程实施过程都面临着诸多施工难题和风险控制难度,尤其是穿江越海更是诸多艰难险阻,困难重重。面对新的挑战,更要善于探索新的办法。

在汕头湾海底隧道、湛江湾海底隧道工程项目,他们搭建的智慧工程指挥中心正有序运作,与中铁十四局大盾构公司南京部智慧控中心进行互互通,实现了公司、目两级对整个工地建设综合管控,实时智能监控盾构机参数以及监控测量地面沉降、检测工作人员状况等。

盾构施工人员正在进行海底掘进。刘福昌 摄

“掘进全过程,两级平台不间断联动,将更科学地控和指导掘进参数,解决现场难题,确保盾构施工安全平稳推进。”大盾构公司盾构智慧管控中心负责人陆野介绍。

这一互联网+盾构施工”的智能化变革,得益于中铁十四局多年来坚持创新运用大数据、建筑信息模型、智慧指挥等多项先进技术推动智慧建造”的战略部署和落地实施。

尤其是近年来,为更好地应对水下隧道施工难题,他们响应王复明院士提出的“工程医院”的概念,建立“中铁十四局大盾构技术中心盾构专科医院”。盾构专科医院的专家库,由院士、学者、教授、行业专家和技术工匠组成,这些专家有不同的专业领域,也就是不同“病症”的问诊团队。

赵海涛表示,汕头湾海底隧道项目依托“盾构专科医院”,平均每月都要开2次专家会,每次专家会都会邀请5至8名内外部专家进行线上或线下指导,主要对施工方案评审、风险点及防控措施等专业问题进行诊断和预判。

广州海珠湾隧道北接东晓南路高架,南连广州南站,纵跨海珠区和番禺区,盾构段长2077米,开挖直径15.07米,是广州地区首个采用超大直径盾构技术建设的水下隧道2020年12月开工以来,他们多次依托“盾构专科医院”的专家库,邀请专家在线或者线下开展盾构机选型论证会,结合地质条件等对盾构机进行针对性设计。

该隧道设计单位中铁四院隧道院水下隧道所副所长胡大伟说,隧道的建成,将有效缓解广州市中心城区前往广州南站的绕行、拥堵问题,届时从中心城区海印桥到广州南站,驾车行驶总时长可从50分钟缩短至约15分钟。

责任编辑: 范琪