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南京日报:江底70米深处的世界级工程-媒体看天和

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南京日报:江底70米深处的世界级工程

发布时间:2016-05-02 信息来源:中交天和
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长江上盾构隧道直径最大、工程地质条件最复杂、技术难度最大
江底70米深处的世界级工程
 
 

    2016年元月1日,作为南京跨江发展重要通道的扬子江隧道正式通车。    

 

    5年多,2000多个日日夜夜,数千名施工人员,奋战在江底;

 

    直径14.93米、全长133米,研发出我国首台具有自主知识产权的超大型隧道盾构机;

 

    717把刀,盾构机刀具数量位居国内第一;

 

    最高水压达0.72兆帕,相当于一个火柴盒上站两个人——盾构机在江底承受的压力,超过了已建和在建的任何隧道;

 

    70米江底深处,饱和带压开舱换刀工艺,填补国内空白……

 

    “扬子江隧道是迄今为止在长江上修建的盾构隧道中直径最大、工程地质条件最复杂、技术难度最大的世界级工程。”纬三路过江通道(扬子江隧道)工程建设指挥部副指挥长张伯阳说。

 

扬子江隧道内盾构机正在向前掘进
 
 
难度
高水压下的超大直径盾构 挑战世界级难题

    扬子江隧道并不是长江沿线第一条过江隧道,但由于双管双层的超大直径盾构、江底地质条件复杂,决定了它是一个世界级工程。

 

    “大、高、薄、长、险”,这是扬子江隧道面临的五大世界级难题。

 

    大:盾构直径14.93米,刀盘最大开挖直径15.02米,属国内超大直径盾构隧道之一;

 

    高:施工中承受的最高水压达0.72兆帕,岩层段石英含量高达65%;

 

    薄:江底隧道覆土厚度浅,局部隧道覆土厚度只有9米;

 

    长:隧道过江段采用超大直径盾构穿越长江,一次性掘进距离长,S线隧道盾构段长4.135公里,N线盾构段长3.557公里;

 

    险:隧道沿线穿越地层复杂多变,需长距离穿越卵石层、砂岩层,同时盾构还将4次穿越长江大堤,并存在孤石、枯木、铁锚、沉船等不明障碍物。

 

    扬子江隧道的复杂程度在国内、国际上都没有先例,建造这样一个世界级工程,一切要从零开始。

 

    首先要做的就是打造一把称手的“兵器”。

 

    “直径12米以上的大型、超大型盾构机的自主研发与制造,一直被国外企业垄断。”中交天和机械设备制造公司负责人史福生说。

 

    经过创新、自主研制和改造,拥有18项知识产权、9项发明专利的“天和号”和“天和一号”在扬子江隧道投入使用。这是世界上最复杂的刀盘,机器总重近5000吨,状似摩天轮的巨型五彩刀盘上有717把刀具,不同颜色代表滚刀、削刀等不同刀具。

 

    历经25800多个小时的掘进,2015年7月2日上午10点,“天和一号”盾构机从南线隧道“钻”出地面。就在其出洞的10天前,其孪生兄弟“天和号”盾构机从北线隧道“破土而出”,扬子江隧道实现“双线贯通”。这也标志着我国在大孔径、复杂技术盾构机研制上取得了重大突破。

 
亮点
江底岩石坚如“磨刀石” “太空舱”入隧道高压下换刀

    扬子江隧道的水文地质条件比已建成的纬七路长江隧道更复杂,盾构机要在江底掘进,江底的岩石就如一把“磨刀石”,尤其是在穿越复合地层时,地层上软下硬,地层下大约有七八米厚的岩层,非常硬,上面是鹅卵石和砂砾层,对刀盘和滚刀是相当大的考验,极易在软硬结合面上因冲击造成崩齿、断刃等非正常磨损。

 

    “像平常吃饭,米饭里有个砂子吃到时会把牙硌一下甚至硌坏,盾构机的刀和刀盘几乎每时每刻都在这种情况下工作。”中交南京纬三路过江通道工程指挥部总工程师王善高说。

 

    扬子江隧道在世界上首次使用了饱和带压开舱换刀技术。在江底高水压下,要更换盾构机刀盘上的刀,一次工作不能超过50分钟。在这50分钟时间里,开关舱门等就需花费20多分钟。

 

    将“太空舱”运用到扬子江隧道中,这是建设的一大创新。在氦氧饱和气体下,地面上设置一个“太空舱”,也就是高压生活舱,特种作业人员一直生活在高压下,身体逐步适应该环境。更换刀具时,将穿梭舱吊运到江底盾构机上,与人闸舱对接。作业人员进入盾构机刀盘的泥水舱,就可以换刀了,工作时间就能够从50分钟增加到4个多小时。这样一来,换刀效率是传统换刀效率的8倍以上。

 

    据悉,扬子江隧道采用世界首创的氦氧饱和带压换刀法进舱作业600余次,更换各类刀具1000余把,最终成功穿越岩层。

 

成果

多项科研项目国际领先 成为今后大型隧道建设样板

    由于扬子江隧道是目前长江上修建的技术难度最大的工程,多项施工技术也开创了先河。

 

    直径14.93米泥水平衡盾构机的研制及国产化,盾构机前舱设备检查可视化系统的研究与应用……扬子江隧道多个科研项目通过了省交通厅组织的技术成果鉴定,均达到国际领先水平。

 

    据统计,该工程先后获得科技奖励5项:中国机械工业协会一等奖,江苏省科学技术一等奖,第七届国际发明展览会金奖、银奖,中国公路协会二等奖。目前,项目已授权各类专利47项,其中发明专利10项,实用新型专利37项,此外有17项专利正在审核。同时,工程研发形成了各类工法10项。

 

    扬子江隧道的通车,不仅方便了江南与江北之间通行,还为今后我市更多江底隧道建设积累了宝贵经验,成为大型隧道建设的样板。

 

 

超大型盾构机

 

    本报记者 葛妍

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