江河奔涌入大海

——中铁十四局大盾构施工助力粤港澳大湾区交通建设纪实

来源:本站原创 作者:刘福昌 林凤  时间:2021-10-10 【字体:

8月23日,我国自主研发海底隧道盾构机“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。“地下穿越”方案正化解中心城区交通要塞瓶颈之痛。

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”。

在东莞,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,不日将向珠江入海口掘进。

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穿江过河终入海,盾构潜行逐浪来。中铁十四局集团作为中国大盾构“国家队”,正带着大盾构施工最新技术,在粤港澳大湾区“一小时生活圈”的建设中大展身手,逐浪改革开放的前沿。

建造利器“定制化”

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,施工难度极大。”中铁十四局集团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,而这在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”。

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。

从2004年开始,中铁十四局集团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。

“早在扬州瘦西湖隧道,我们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,开辟了中铁十四局集团自主整修、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。”中铁十四局集团大盾构公司副总经理路开道介绍。

在汕头湾海底隧道,他们打造的“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,滚刀还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。

8月23日,广湛铁路湛江湾海底隧道工程正式掘进。目前盾构施工作业人员正在盾构核心区域进行紧张作业。刘福昌 摄

他们承建的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。他们打造的“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”,日前在铁建重工集团长沙产业园完成下线验收。除设计常压复合式刀盘外,还有特殊双层盾壳、装配重载滚刀、配备双人仓、主驱动密封自动加压、刀盘多点位瞬时冲刷、管片箱函同步吊装等多项新技术,以确保设备可以应对各种艰难与挑战。

“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,中铁十四局集团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”。

盾构施工“集约化”

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,与中铁十四局集团大盾构公司南京总部智慧监控中心进行互联互通,实现了公司、项目两级对整个工地建设的综合管控,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。

“掘进全过程,两级平台不间断联动,将更科学地监控和指导掘进参数,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,得益于中铁十四局集团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。

近些年来,他们创办 “大盾构技术论坛”,在南京连续举办 “超大直径与掘进技术国际研讨会”、“长江中下游大盾构技术峰会”、“中国大盾构隧道智能建造高峰论坛”等,加强内外学术交流、扩展大盾构行业技术影响力;围绕超大直径和水下盾构隧道施工的前沿技术,搭建院士专家工作站、博士后科研工作站等涵盖“两站、两院、一室、一会”的科技创新平台,建成盾构智慧管控中心和远程驾驶中心,如今已实现专家远程问诊精准化、施工过程远程联网监控信息化、施工安全预警实时化、监控数据集中化,高效解决一线施工难题。

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。盾构专科医院根据盾构施工的不同专业领域和遇到的不同的问题情况,划分不同的科室,每个科室都有“既往病史记录”,面对突发问题可以直接查看。如果还是不能解决,挂号预约的时候提交“病症”情况,在线匹配推荐专家,利用视频会议迅速完成在线诊断。

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。“我们以多年穿江过河越海的实战经验指导实践,解决了不少现场施工的难题,有问题都第一时间邀请各方专家‘把脉’,为穿海施工‘保驾护航’。”

广州海珠湾隧道横断面效果图

中铁十四局集团承建的广州海珠湾隧道工程,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。日前,最后一次选型会顺利召开,经过院士、专家等系统内外权威人士多方论证,确定东西双线分别采用常压刀盘及带压刀盘进行对比实践,将为我国华南地区大直径盾构机选型作出有益探索。

攻坚团队“专业化”

一项项超级工程攻坚克难,离不开专业人才团队支撑。

在建的3条海底隧道、2条公路隧道,是中铁十四局集团2019年以来在华南市场连续揽获的大盾构隧道工程。各项目的人员配备,从项目负责人、到项目总工、盾构施工现场技术员,都曾在穿江越海的大盾构项目中历练成长,不仅有高铁大盾构隧道的管理经验,也有水下隧道复杂地质的攻关经验,还有着丰富的盾构掘进经验。

“从每个工程进场之初,我们就集中优势资源,结合工程重难点情况,科学化配备人才队伍。”路开道说,在华南片区,各个兄弟项目之间也互通有无,相互协作,把专业技术人才放在解决区域项目共性问题和关键核心技术攻坚的“主战场”,也相互培养年轻的盾构“生力军”。

盾构施工人员正在进行海底掘进。刘福昌 摄

这是中铁十四局集团近17年坚持专业聚焦,拓展大盾构事业,加快培养大盾构专业型人才、提升工程管理效能和建设品质的缩影。如今,他们还不断推进专家、管理、技术、作业“四支人才队伍”建设,并秉承“技术创新施工一线为首”原则,聚焦项目技术、协同攻关,为解决现场难题提供源源不断的人才支撑。

多年来,从“万里长江第一隧”南京长江隧道到国内直径最大的北京东六环隧道,他们先后攻克了小空间常压换刀技术、气泡仓冲刷系统改造等世界性难题,创造了大直径泥水平衡盾构机单月掘进686米的世界纪录,创新并应用大直径盾构洞内回拖、洞内始发接收、钻爆+盾构空推、江中溶洞勘查与处理、海上钻爆处理孤石和基岩突起、江面海面注浆固结、常压换刀、带压进仓、自旋式水刀泥饼切割、泥浆絮凝绿色处理、衡盾泥置仓等特殊工艺,形成150余项发明专利和创新工法。

他们还在施工中不断解决技术难题,形成的《超大型泥水盾构越江施工技术研究与实践》、《泥水盾构施工管理手册》等施工管理成果,填补了国内空白,对大盾构施工及维护保养具有重要的指导意义。

潮涌大湾,千帆竞渡。眼下,中铁十四局集团正凝聚行业领域最先进科技成果、最丰富实战经验、最勤奋建设团队,以自主创新突破更多“不可能”,打通更多阻碍发展的“断头路”,致力于掌握核心技术,拥有核心人才,制定核心标准,以破局到深耕,奔涌在大湾区交通建设的“新蓝海”。