近日，在中鐵十四局承建的甬舟鐵路金塘海底隧道寧波側(cè)地下64米深處，“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)成功穿越海堤，由陸域段進(jìn)入海域段掘進(jìn)施工，標(biāo)志著世界最長(zhǎng)海底高鐵隧道全面進(jìn)入穿海之旅。

　　金塘海底隧道位于寧波與舟山之間，全長(zhǎng)16.18公里，首次采用兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)相向掘進(jìn)、在海底完成對(duì)接、在洞內(nèi)完成盾構(gòu)機(jī)拆解的施工方式。記者在現(xiàn)場(chǎng)采訪了解到，項(xiàng)目建設(shè)人員創(chuàng)新研制多項(xiàng)技術(shù)成果，助力“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)向深海掘進(jìn)。

　　盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)靠一口鑲嵌著“銅牙利齒”的刀盤(pán)，而軟硬復(fù)合的地層極易磨損刀盤(pán)。“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)就面臨著如此復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。在穿越過(guò)程中，“甬舟號(hào)”需要挑戰(zhàn)24次軟硬地層變換，隧道區(qū)域軟硬不均及硬巖地層占比近七成，硬巖最高強(qiáng)度近200兆帕。

“針對(duì)復(fù)雜地層，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為‘甬舟號(hào)’盾構(gòu)機(jī)配備了滾刀磨損智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和超前注漿加固等專(zhuān)用設(shè)備。”中鐵十四局甬舟鐵路項(xiàng)目總機(jī)械師董冰告訴記者，多項(xiàng)先進(jìn)設(shè)備使“甬舟號(hào)”總裝水平達(dá)到世界一流。

　　以刀盤(pán)為例。常規(guī)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)上的滾刀數(shù)量為200多把，而“甬舟號(hào)”滾刀數(shù)量則多達(dá)300把。除了增加滾刀數(shù)量，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了滾刀試驗(yàn)平臺(tái)，使刀盤(pán)耐磨性、破巖能力更強(qiáng)。

“滾刀試驗(yàn)平臺(tái)可以直觀看到滾刀破巖機(jī)理和狀態(tài)，從而研究刀具選型、提高其破巖能力和使用壽命。”董冰拿著大小、磨損程度各異的滾刀一邊對(duì)比一邊說(shuō)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和滾刀供應(yīng)商一起調(diào)整設(shè)計(jì)，為“甬舟號(hào)”配上最鋒利的牙齒。

“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)還加裝了“火眼金睛”和“順風(fēng)耳”。滾刀磨損智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)像一雙銳利的眼睛，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀盤(pán)工作狀態(tài)和刀具磨損情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)刀具磨損程度。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)則如同靈敏的耳朵，利用盾構(gòu)機(jī)破巖產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)作為震源，精準(zhǔn)探測(cè)前方50至100米范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。

　　中鐵十四局“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)機(jī)長(zhǎng)張嘎坐在金塘海底隧道地面智慧中心操控臺(tái)前。他眼前是一塊覆蓋整面墻的電子屏幕，上面清晰地展示著盾構(gòu)機(jī)的三維模型，各項(xiàng)參數(shù)一目了然。當(dāng)他按下控制臺(tái)上的啟動(dòng)鍵，位于地下64米處的“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

“以前在狹小、封閉的盾構(gòu)機(jī)空間里工作，現(xiàn)在有了遠(yuǎn)程駕駛系統(tǒng)，工作環(huán)境變得安全又舒適。”張嘎說(shuō)。

　　這得益于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的數(shù)字盾構(gòu)系統(tǒng)。它使技術(shù)人員在地面就可以操控盾構(gòu)機(jī)，并對(duì)注漿、刀具磨損情況等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)預(yù)警。

　　張嘎介紹，數(shù)字盾構(gòu)系統(tǒng)每秒鐘都會(huì)接收來(lái)自“甬舟號(hào)”盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的預(yù)警值自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警判別。操作人員還可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的視頻監(jiān)控，配合洞內(nèi)人員定位系統(tǒng)，利用遠(yuǎn)程警告功能和應(yīng)急指揮調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的無(wú)死角安全管控。

　　值得一提的是，遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)為惡劣環(huán)境及應(yīng)急模式下盾構(gòu)掘進(jìn)施工提供了技術(shù)支撐。“當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，工作人員在地面上就可以操控盾構(gòu)機(jī)，保障人員和設(shè)備安全。”張嘎說(shuō)。

　　隨著“甬舟號(hào)”開(kāi)啟“穿海之旅”，超大直徑盾構(gòu)海底地中對(duì)接全過(guò)程成套工藝工法研究也正緊鑼密鼓進(jìn)行。其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)即飽和潛水。

　　金塘海底隧道海域盾構(gòu)段長(zhǎng)11.21公里，最大埋深78米。“盾構(gòu)機(jī)將在海底施工3年，需要人工在70米深海底極其頻繁地進(jìn)行高壓換刀作業(yè)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掌子面水土壓力超過(guò)600千帕，換刀時(shí)需采用飽和潛水技術(shù)。”中鐵十四局甬舟鐵路項(xiàng)目工程師胡浩說(shuō)。

　　在常規(guī)潛水中，潛水員在50米水深下只能連續(xù)工作半個(gè)小時(shí)，作業(yè)時(shí)間遠(yuǎn)不能滿足盾構(gòu)機(jī)維修和換刀需求。而飽和潛水通過(guò)創(chuàng)造特定環(huán)境和條件，使?jié)撍畣T體內(nèi)各組織體液中溶解的惰性氣體達(dá)到完全飽和，潛水員可以在高壓下停留28天。待作業(yè)完成后，潛水員進(jìn)行一次減壓，即可返回地面正常生活。

“這需要建造一個(gè)生活艙，向艙內(nèi)加壓形成高壓環(huán)境，潛水員在艙里呼吸的氣體為氦氣和氧氣的混合氣體。”胡浩說(shuō)，啟動(dòng)飽和潛水工作時(shí)，他們將潛水員所在生活艙運(yùn)輸?shù)蕉軜?gòu)機(jī)掌子面處進(jìn)行對(duì)接，過(guò)程如航天器“太空對(duì)接”一般。

圍繞金塘海底隧道建設(shè)，項(xiàng)目設(shè)立了“復(fù)雜地層海域環(huán)境下同步注漿性能提升設(shè)計(jì)研究”等十大科研課題，圍繞專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)首創(chuàng)智能化工裝10余套，優(yōu)化工法20余項(xiàng)，目前已完成質(zhì)量控制成果14項(xiàng)、論文5篇、專(zhuān)利3項(xiàng)。

來(lái)源：CCPA