3月26日,我國迄今為止自主研製的最大直徑盾構(gòu)機「滄淵號」在中交天和常熟製造中心成功下線,將肩負(fù)世界最長高速公路水下盾構(gòu)隧道——海太長江隧道工程左線掘進(jìn)施工重任,引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。
大海古稱滄淵,有「龍起於淵」的典故。海太長江隧道位於江蘇省長江入海口,北起南通市海門區(qū),南至蘇州太倉市,左線由中交隧道局承建,線路全長39.07公里,其中:盾構(gòu)隧道長9327米?!笢鏈Y號」是繼中交天和自主研製刀盤直徑16.07米「運河號」超大直徑盾構(gòu)機順利應(yīng)用後,自主研製成功的又一超大直徑盾構(gòu)機,開挖直徑達(dá)16.66米,整機總長176米,總重量超5650噸,再創(chuàng)國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機新紀(jì)錄。從過去長江隧道由清一色「洋盾構(gòu)」掘進(jìn)施工,到中交天和自主研製國產(chǎn)首臺超大直徑盾構(gòu)機「天和號」破局,到國產(chǎn)盾構(gòu)機與「洋盾構(gòu)」同場競技,再到如今的國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機在長江隧道工程建設(shè)中大顯身手,彰顯我國國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機研製和應(yīng)用實現(xiàn)新跨越。
海太長江隧道最大埋深超過75米,最高水壓超過7.5巴。始發(fā)後,「滄淵號」需穿越多種複雜地質(zhì)帶,特別在穿越長江及兩岸大堤時,沉降需控制在毫米級,掘進(jìn)難度極大,且江中地質(zhì)勘探覆蓋區(qū)域有限,未知區(qū)域多,猶如「摸著石頭過河」。近17米的開挖直徑意味著刀盤所需扭矩大,主驅(qū)動軸承負(fù)載大;穿越黏土地層,盾構(gòu)機易結(jié)泥餅;高水壓對主驅(qū)動密封、盾尾密封等部件承壓能力要求極高,在保持高性能負(fù)載前提下,如何確保盾構(gòu)機在長江底連續(xù)長距離掘進(jìn)是面臨的一項重大挑戰(zhàn)。
對此,中交天和研發(fā)團隊為「滄淵號」搭載三大利器:一是「數(shù)字大腦」構(gòu)建智能掘進(jìn)生態(tài)。搭載智能掘進(jìn)系統(tǒng),實現(xiàn)一鍵啟動、自主巡航掘進(jìn)、姿態(tài)自主控制、泥水環(huán)流智能控制、同步注漿自動控制及自動注油注脂,實現(xiàn)掘進(jìn)全程自主控制;智能診斷與維護系統(tǒng)從感知和診斷異常、應(yīng)對和自動控制,到維修和教學(xué)全覆蓋,實現(xiàn)全生命周期護理,有效降低故障率,提高生產(chǎn)效率;能耗實時監(jiān)測及控制系統(tǒng)推動節(jié)能降耗,打造綠色掘進(jìn)閉環(huán)。二是「智刃鐵齒」革新高效掘進(jìn)法則。配置常壓換刀功能的軟土刀盤搭配梯度分布的合金刀具構(gòu)成「超硬龍齒矩陣」,可實現(xiàn)石英砂含量約65%地層單次掘進(jìn)2000米內(nèi)不換刀。刀盤43%超高開口率,配置高壓力、大流量中心沖刷系統(tǒng)及刀盤結(jié)泥餅預(yù)警系統(tǒng),搭配伸縮攝像裝置,無需人工帶壓進(jìn)艙即可觀察刀盤作業(yè)狀況。刀盤中心面板設(shè)置12個沖洗口,及時沖洗刀盤刀具,有效降低刀盤結(jié)泥餅風(fēng)險。三是「智慧心臟」主動防護安全升級。全球首套具備主動防護功能的智慧心臟,實現(xiàn)掘進(jìn)可視、可達(dá)、可控,即:配置監(jiān)測系統(tǒng),連續(xù)監(jiān)控主驅(qū)動運行,感知刀盤整體受力,有效避免刀盤異常導(dǎo)致主軸承過載。主驅(qū)動端面密封設(shè)計保證長距離掘進(jìn)安全性,具備驅(qū)動密封更換和主動伸縮功能,有效應(yīng)對換刀作業(yè)、刀盤脫困等情況。還配置管片連接構(gòu)件智能拼裝及掘進(jìn)同步拼裝控制系統(tǒng),實現(xiàn)智能拼裝與掘進(jìn)作業(yè)同步,生產(chǎn)效率提高50%;集成管片上浮、盾尾間隙及管片變形監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),精準(zhǔn)消除可能出現(xiàn)的誤差;配備綠色換管裝置及智能控制系統(tǒng),保證掘進(jìn)安全環(huán)保和隧道成形質(zhì)量。
中交天和總工程師楊輝表示,「十隧九漏」至今依然是隧道工程建設(shè),特別是水下隧道工程建設(shè)的世界性難題。我們結(jié)合多年水下和超大直徑盾構(gòu)隧道掘進(jìn)經(jīng)驗,率先解「十隧九漏」、毫米級精度控制的世界難題,創(chuàng)下所建超140萬平方米隧道內(nèi)壁滴水不漏、管片上浮量和錯邊量分別控制在8毫米和3毫米內(nèi)、地面沉降控制在3毫米內(nèi)的行業(yè)新高度。
海太長江隧道是國家《長江幹線過江通道布局規(guī)劃(2020-2035年)》和《江蘇省長江經(jīng)濟帶綜合立體交通運輸走廊規(guī)劃》重點推動建設(shè)項目,也是江蘇省「十四五」重點推進(jìn)的過江通道項目,計劃於2028年基本建成。建成後,可有效分流蘇通長江大橋車流量,對落實長三角區(qū)域一體化發(fā)展和長江經(jīng)濟帶發(fā)展國家戰(zhàn)略,優(yōu)化長江幹線過江通道布局,推動沿江城市群跨江融合發(fā)展具有重大意義。