在世界最长海底高铁隧道甬舟铁路海底隧道建设过程中“甬舟号”盾构机遇到重重难题。海底24次软硬地质变换,最高岩石强度是普通混凝土的6倍多,刀具磨损严重。但海底78米超高水压已超出盾构带压换刀最深标准,如何破解这个世界级难题?
“我已出仓,感觉良好!”
2月6日上午,世界最长海底高铁隧道迎来新进展,历经22天作业,国产首台盾构饱和带压进仓设备“深海空间站”,在中铁十四局承建的甬舟铁路金塘海底隧道宁波侧完成“首秀”,成功实施75米深高压环境盾构进仓作业,累计换刀46把,标志着我国自主研发盾构饱和带压进仓技术成功应用,突破了60米的安全作业深度限制,并持续下探至75米。
为何要打造海底空间站?盾构机遭遇海底超硬复杂地层掘进刀具磨损严重!全长16.18公里的金塘海底隧道是甬舟铁路的控制性工程,其中海底盾构段长11.21公里,两台超大直径盾构机从宁波与舟山两侧相向掘进,历经28次软硬地层变化,最终在海底实现精准对接。
![]()
金塘海底隧道地质剖面图
宁波侧出发的“甬舟号”盾构机,面临的是名副其实的“极限工况”。隧道需24次穿越软硬交替的复杂地层,不良地层占比近七成!
其中硬岩强度最高达191兆帕,相当于普通混凝土的6倍以上。同时,隧道最大埋深78米,面对的最高水土压力达8.5巴。
![]()
量身定制的超大直径盾构机“甬舟号”
为应对复杂地层, “甬舟号”盾构机采用的带压复合刀盘,装备了308把刀具,其中破岩主力滚刀较常规配置增加30%。
然而,高强度破岩也带来了刀具的频繁磨损,需要人工进入盾构机前端开展带压“换牙手术”,截至目前已累计换刀2900余把。
然而,随着盾构作业向海底深入,换刀也遇到了无法解决的难题。
在盾构施工领域,进入盾构机前端“带压进仓”作业,一直是风险最高、技术最复杂的环节之一,为了保证隧道掘进面的稳定,就要通过压缩空气来抵抗巨大的水土压力,换言之,如果在20米的海底换刀,就要面临头顶20米海水同等压力的大气压。
但,压力不能一直增大!传统方法常常采用普通空气潜水技术,根据国内现行的规范与标准,其安全作业深度被限制在60米以内。
![]()
“甬舟号”盾构机施工现场
此外,在高压下,作业人员每天有效工作时间最长仅约40分钟,而减压时间却需4小时以上,不仅有效作业时间短,还需要频繁的加压、减压,作业人员面临的氮麻醉、氧中毒等风险急剧升高,还可能会患上减压病。对于需要频繁带压换刀的金塘隧道深海段而言,常规方式已完全无法满足需求。
深海之下,难道真是人类无法驻足的禁区?
中国建设者给出的答案:并非“绕道”,而是“突破”
自主研发 “深海空间站”实现高压环境长期驻留与持续作业
面对施工难题,中铁十四局、交通运输部上海打捞局历时3年,联合研发出盾构饱和带压进仓技术,打造出国产首台盾构饱和带压进仓设备“深海空间站”。
![]()
国产首台盾构饱和带压进仓设备——深海空间站
该技术将海洋工程领域成熟的饱和潜水技术与盾构隧道施工相融合,让作业人员呼吸特定比例的混合气体,经过一次加压后,体内惰性气体溶解达到“饱和”状态。
此后,在同一深度无论停留一天还是数天,人体吸收的气体总量不再增加,减压所需的总时间也固定不变。
![]()
作业人员乘坐“探海舱”前往“甬舟号”
“深海空间站”由宁海(生活)舱、探海(穿梭)舱、镇海(控制)舱等多个模块组成。作业人员居住在与海底同等压力的生活舱内,犹如在海底“住下来”,每天像“太空出舱”一样,乘坐“太空电梯”探海舱到达盾构机前端,进行设备维护和刀具更换,结束后返回宁海舱生活休息,直到任务全部完成,再一次性减压出舱。
完成75米深高压环境“首秀”
为更深、更长的跨海通道建设积累底气
当天上午,“深海空间站”顺利完成75米深高压环境下的“首秀”,连续作业22天,累计完成46把刀具更换,为“甬舟号”的顺利掘进提供了坚实保障。
![]()
“探海舱”与“甬舟号”盾构机对接现场该技术的压力控制、气体管理、应急保障等核心子系统均实现国产化,最大饱和作业深度可达100米,标志着我国在极端复杂深埋隧道带压作业领域,填补了关键装备与技术空白,海底隧道建设能力上升到了新的高度。
![]()
9名作业人员顺利出舱
目前,“甬舟号”盾构机已累计掘进3000余米,完成掘进任务超六成,预计今年年底实现海底精准对接。甬舟铁路建成后,将结束舟山不通铁路的历史,有力推动长三角一体化高质量发展。
(原标题 3年研发首秀,中国“海底空间站”成功应用)
来源:中国铁建微信公众号
特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.