“国之重器”大盾构成大湾区交通建设“奇兵” 适应性制造啃“硬骨头”

• 2021-09-18 15:55:29 来源：科技日报

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，有望于11月盾构始发。

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。

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”……

穿江越河终入海、盾构潜行逐浪来。中铁十四局作为中国大盾构“国家队”，多年来，在长江、黄河等大江大河下历经熏陶和洗礼，正带着大盾构施工最新技术，搏击中国对外开放最前沿——粤港澳大湾区的建设浪潮，成为大湾区交通建设的“奇兵”。

穿城跨海施工环境复杂等成难题

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，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”。

盾构装备的适应性制造啃“硬骨头”

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。

“在扬州瘦西湖隧道，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。”中铁十四局大盾构公司副总经理路开道介绍。

在汕头湾海底隧道，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。

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。

中铁十四局大盾构公司打造的“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”，日前在全球最大高端地下工程装备制造基地——中国铁建重工集团长沙产业园完成下线验收。

“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”。

探索新办法盾构施工“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。

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。

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。

广州海珠湾隧道北接东晓南路高架，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。

该隧道设计单位中铁四院隧道院水下隧道所副所长胡大伟说，隧道的建成，将有效缓解广州市中心城区前往广州南站的绕行、拥堵问题，届时从中心城区海印桥到广州南站，驾车行驶总时长可从50分钟缩短至约15分钟。(科技日报记者 龙跃梅 通讯员刘福昌 林凤)

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