在剛剛過去的2023年元旦假期，珠海興業(yè)快線隧道工程現(xiàn)場，一臺重4500噸、超5層樓高的超大直徑盾構機正奮勇掘進，隨著刀頭轉動，隧道一米一米向前推進，管片一片一片拼裝。這臺盾構機就是由中交天和自主研制的全球首臺超大直徑同步掘進機“興業(yè)號”，它首次實現(xiàn)在掘進過程中同步完成拼裝管片。

【資料圖】

常規(guī)盾構機的刀頭由油缸推動，刀頭向前推進后就要拼裝管片，油缸推動距離為2米多，一環(huán)管片寬2米。因而，掘進2米后必須停下來拼裝一環(huán)管片，每掘進一環(huán)耗時近60分鐘，拼裝管片一環(huán)耗時近45分鐘。而“興業(yè)號”它改變了傳統(tǒng)油缸設計，推動距離可達4米，刀頭可一邊掘進一邊拼裝管片，施工速度較國內外同類掘進機提升25%-35%，對超大直徑盾構機發(fā)展具有劃時代意義。

興業(yè)號下線。

一機多用實現(xiàn)同步掘進

珠海興業(yè)快線隧道工程是未來連通港珠澳大橋和深中通道，把珠海市打造成為“粵港澳交通樞紐”的重要工程。

該工程盾構隧道長度僅1740米，但地質情況極為復雜，其中，硬巖段占比超過70%，被稱“地質博物館”，且為首個國內直徑最大雙層疊落盾構工程，雙層疊落長約604米，盾構法施工面臨不少世界級難題。

為順利完成這項重大工程，中交天和立足自主研發(fā)，著眼科技創(chuàng)新，為適應在硬巖地質中提高掘進速度，實現(xiàn)隧道掘進和管片拼裝同步施工，成功研制中國首臺超大直徑同步掘進機“興業(yè)號”。該掘進機國產化率達98%以上、刀盤直徑15.76米，全長超130米,攻克了許多難以想象的世界級難題。

該工程硬巖段的占比超過70%，更能充分發(fā)揮“興業(yè)號”同步掘進效果。截至目前，“興業(yè)號”已累計掘進260環(huán)，隧道成型520米，歷經淤泥質土層、液化砂層、斷裂帶、孤石群、不同強度花崗巖(強度最高達158兆帕)等地質。不同地層掘進需采用不同類型盾構機，淤泥質土層、液化砂層一般采用軟土盾構機、不同風化程度花崗巖地層一般選用硬巖掘進機(TBM)，“興業(yè)號”則成功實現(xiàn)“一機多用”和“同步掘進”。

沉降精度控制在毫米級

珠海興業(yè)快線隧道是國內直徑最大雙層疊落盾構工程，雙層疊落段長約604米，在全國尚屬首例。上下層隧道最近間隔僅6米，對主隧道施工，尤其對管片成圓收斂、管片注漿、土層擾動沉降等質量要求極高。

因此，隧道主線與匝道采用雙層疊落盾構施工方式，先下后上，同向推進。主線隧道直徑15.2米，由“興業(yè)號”掘進，匝道隧道直徑11.73米。中交天和創(chuàng)新設計，為盾尾每個注漿系統(tǒng)增設流量、壓力控制裝置，確保每個區(qū)域注漿均勻精準，最終把管片錯邊量、沉降精度控制在毫米級范圍內;同時，他們自主研制圓度收斂測量系統(tǒng)，做到“一環(huán)一檢測”。

盾構機掘進過程中，孤石通常難以固定，會因土體擠壓而移動，不足以為盾構機破碎孤石提供反力。如不能及時處理，輕則產生掉刀、刀具偏磨、刀盤磨損等情況，重則造成刀盤卡死，或導致隧道軸線偏移、地面突然沉降等危險。

過去，遭遇孤石時，常采用豎井開挖、爆破、人工挖孔等方式排除，為盾構機掘進清障，不僅花費高、耗時長，且風險大。面對無數(shù)孤石群，中交天和對“興業(yè)號”開展適應性設計，在旋轉刀盤配裝滾刀152把、常壓切刀256把、刀箱保護刀824把，大大增強破巖能力，確?！芭d業(yè)號”順利通過圍巖強度158兆帕、長度160米的花崗巖孤石群落。

隧道施工現(xiàn)場。

“數(shù)字大腦”控制掘進方向和精度

為適應隧道小半徑轉彎，隧道單環(huán)管片楔形量必須多于常規(guī)尺寸60毫米以上。如此大的單環(huán)偏轉量和先導角度，對盾構機掘進保平及管片拼裝累積誤差糾偏是個全新考驗。

為此，中交天和為“興業(yè)號”配備“數(shù)字大腦”，用自主巡航技術和管片智能化拼裝等全新技術控制掘進方向和精度，實時把各項動態(tài)參數(shù)傳送監(jiān)控中心，實時監(jiān)管地層數(shù)據反饋鏈和動態(tài)參數(shù)調整，及時糾正出現(xiàn)的問題;在施工過程中，專家坐鎮(zhèn)后臺，嚴格按“決策指導層、診斷指令層、分析反饋層、操作執(zhí)行層”四個層級指揮施工，做到“一環(huán)一研判”“一環(huán)一總結”。

珠海興業(yè)快線隧道設計最小轉彎半徑僅599.5米，這是超大直徑盾構機施工最大難題?！芭d業(yè)號”刀頭重約2000噸，在巖層中實現(xiàn)自由轉向是個重大現(xiàn)實難題。

對此，中交天和應用主動鉸接技術，把超大直徑盾構機最小轉彎半徑控制在450米內，在世界超大直徑盾構機施工中尚屬首次。中交天和總經理助理、執(zhí)行總工楊輝介紹：“中交天和設計團隊研發(fā)主動鉸接技術，相當于為刀頭加一個關節(jié)，既能活動，能承受巨大壓力，還能防水防泥?！睘槠平庀盗屑夹g難題，中交天和還采用刀盤伸縮機構、逆洗循環(huán)系統(tǒng)、刀具全狀態(tài)監(jiān)測等核心技術，確保“興業(yè)號”施工進度，創(chuàng)造了國內外同類裝備科技創(chuàng)新和同步掘進的新高度。

成型的隧道。

(圖片由受訪者提供)

關鍵詞： 動態(tài)參數(shù) 淤泥質土 科技創(chuàng)新 轉彎半徑 隧道工程