“振兴号”盾构机掘进长江最难隧道

金陵江底，“振兴号”盾构机正加紧“吞石吐泥”。在它卓越的表现下，被称为“迄今为止长江上最难建的过江通道”——南京和燕路过江通道右线掘进已达到1642米，占盾构施工任务的60％左右。 “振兴号”是中国首台采用自主技术和多项国产核心零部件设计制造的超大直径盾构机，其刀盘直径达15.03米，总长135米，总重量达4000吨。2019年6月21日，该台盾构机在中交天和机械设备制造有限公司（简称中交天和）常熟基地生产出来；2019年12月，正式于南京和燕路过江通道右线八卦洲工作井始发。 “针对项目复杂的地质情况和超高的安全风险，我们在盾构机设计之初，就开展了‘量体裁衣’式的设计制造，并准备了应对一切风险的‘工具包’。”中交天和总工程师周骏介绍，目前“振兴号”盾构机已取得日掘进保持在5至7环、单月最多掘进168环的成绩，预计到2021年上半年，项目可实现全线贯通。 定制设计应对挑战 “振兴号”内部。 全长4206米的和燕路过江通道是南京在建的五条过江通道之一，其中盾构段长2976米，该段地质情况极为复杂，犹如一个天然的“地质博物馆”。 “在这里，盾构机要陆续穿越砂层、上软下硬地层、全断面基岩地层。以全长1328米的全断面基岩地层为例，里面又包含了软硬不均断面、岩溶区域，甚至多个断裂带等。”南京市公共工程建设中心副主任、总工程师章登精举例说道。 除了复杂的地质“硬骨头”，该项目施工水压高达0.79兆帕，是目前国内隧道工程中水压最高的；盾构机在土岩复合地层掘进距离长达约1865米，为国内超大直径盾构隧道之最。 2018年1月，以中国工程院院士钱七虎为组长，由5位中国工程院院士和16名专家组成的南京过江通道建设技术专家组一致认为，和燕路过江通道是目前国内在建穿越长江最复杂、最困难、水压最高的超大直径隧道。 重重挑战，无疑对盾构机设备制造和盾构施工技术提出了严峻考验。 为了承担“穿越长江”这一重要任务，中交天和采用了多项自主技术和国产核心零部件，设计制造了复合地层超大直径泥水盾构机——“振兴号”。 记者了解到，“振兴号”采用了国际领先、中国首次应用的全智能化管片拼装系统、智慧化远程安全监控管理系统、绿色环保管路延长装置、泥水分层逆洗循环技术，并首次采用了国产的常压换刀装置、刀具全状态监测系统、刀盘伸缩摆动装置等，这一系列“量体裁衣”式的设计，保证了项目的高效高质量推进。 整机国产化率达95％ 目前，“振兴号”盾构机正在穿越上软下硬地层，并即将驶向82米的江底最深点。 “‘振兴号’现在距离长江江面有70多米，这里的地质上软下硬，水压最高处可达0.79兆帕，属于超高水压区域，易发生刀具磨损、沉降、失稳坍塌等巨大风险。不过，我们准备了一整套‘工具包’保驾护航。”中交天和和燕路项目部常务副经理张捷说。 以盾构机“吞石吐泥”最关键的“牙齿”——刀具为例，“振兴号”在世界范围内首次采用超大直径盾构超长不换刀技术。 “在和燕路过江通道施工中或同等地质条件下，目前其他超大直径盾构机每200米左右就需要更换刀具，而‘振兴号’做到了连续掘进了1500米而未换刀。在掘进到800米时，其刀具最大磨损量为5毫米；掘进到1500米时，刀具最大磨损量仅达到９毫米，这些数据远远低于50毫米的技术标准。”张捷告诉记者，该技术的使用不仅有效降低了制造成本，大幅提升了施工效率，而且也降低了因换刀而导致的隧道坍塌和人身伤害风险。 据了解，过去的盾构机在换刀头时有一定的危险性，需要专业人员到盾构机前方带压换刀。而中交天和在“振兴号”盾构机上自主创新研制了国产常压可更换式滚齿互换刀具装置，实现了整个换刀全过程安全无渗漏且效率高。 同时，针对刀具在软硬复合地层磨损状态难以检测及把控，易造成刀盘本体损坏导致重大事故等，中交天和自主创新研制了刀具实时检测系统，能实时检测磨损、压力、旋转、温度等状态，该数据精确到毫米级，实现了对刀具全生命周期管控。 “这些自主创新技术的应用，不仅降低了盾构机的制造成本，还将核心技术牢牢掌握在自己手中。而像这样的关键核心技术，‘振兴号’运用了很多，目前整台盾构机国产化率达了95％以上”。周骏自豪地表示。 智能拼装高效推进 成型后的隧道。 周骏透露，“振兴号”还应用了全智能化管片拼装系统。以往需要工人人工进行拼装的隧道管片，现在只需按一个按钮，盾构机就能实现隧道内管片的自动运输抓举拼装，不仅大幅提高管片的拼装质量，更可减轻工人的作业强度。 目前，“振兴号 ”盾构机日均掘进可达5至7环（每环长为2米），单日最快掘进达9环，单月最快掘进达168环。 同时，为确保盾构施工顺利推进，在施工过程中，现场人员24小时轮岗，对每一环管片的上浮与水平位移进行监测，并及时调整注浆量；将盾构机系统与盾构管理平台、泥水控制系统、影像导航监测系统相关联，通过数字化程序实时监控，精准控制盾构机姿态。 记者了解到，截至目前“振兴号”已解决超大直径隧道掘进覆土薄、地下水丰富易造成管片上浮等难题，并将隧道管片错边量控制在2到3毫米，远低于12毫米的行业标准。 “接下来，‘振兴号’将通过最后几十米的上软下硬地层，并在经过江底最深点后，迎来岩溶区域的穿越历程。为此，我们已经提前在‘振兴号’上配备了超前探测与超前注浆系统，确保其顺利通过。”张捷表示，项目团队已经做好充分准备，迎接新一轮挑战。 [188] \t