攻克世界级海底隧道施工难题
【资料图】
“妈湾号”一身硬功破岩穿海
在深圳妈湾跨海通道工程建设现场，工作人员在“妈湾号”盾构机旁工作。
新华社记者 毛思倩摄
◎本报记者 矫 阳
不久前，在深圳妈湾跨海通道南线，“妈湾号”盾构机精准驶出预先设计好的接收洞，至此，妈湾跨海通道2标段隧道顺利贯通。
妈湾跨海通道是粤港澳大湾区互联互通交通建设重点示范工程，也是深圳首条跨海通道，隧道管片外径15米，为我国在建最大直径的采用盾构法施工的跨海隧道。
深圳妈湾跨海通道工程分为右线和左线，中铁隧道局集团有限公司负责承建右线部分——深圳妈湾跨海通道2标段，项目盾构段全长2063米，是整条线路的控制性工程。施工过程中，攻克了填海区域松软地层掘进、穿越海底高水压长距离软硬不均地层及全断面硬岩地层等世界级海底隧道施工难题。
为妈湾跨海通道海底隧道建设量体定制的“妈湾号”盾构机，由中铁工程装备集团有限公司（以下简称中铁装备））研发，开挖直径15.53米，相当于五层楼高，全长约140米、重量达4650吨。
掘进应对“长、难、深、大”四项挑战
妈湾跨海通道工程位于广东省深圳市南山区，分为地面道路和地下道路两部分，其中地下道路规划等级为城市快速路，双向6车道，设计时速80公里，地下隧道全长6280米。
“妈湾号”盾构机施工段全长2063米，在掘进过程中需应对“长、难、深、大”四项挑战。
“长”，指设备穿越高强度岩层距离长，考验刀盘破岩能力的同时也使得刀具因磨损需要频繁更换。
“难”，指施工段中一半的地形存在软硬不均岩层，容易导致盾构上部切削过快而造成盾构机整体姿态上抬，进而偏离预设轨迹。
“深”，指海底隧道位于水下40多米深处，最大水压达500千帕，施工风险高。
“大”，指隧道断面大，管片外径15米，是目前国内在建的最大直径海底隧道，对设备性能和施工技术要求极高。
如何应对这四大挑战，成了研发团队面临的难关。
盾构机搭载多项先进技术
“为高质量建设妈湾海底隧道，中铁装备研制了气垫式泥水平衡盾构机‘妈湾号’。该盾构机搭载了多项先进技术。”中铁装备掘进机研究院工程师
“我们运用了一种首创的滚刀安装专利技术，改善了滚刀受力情况，大大提高了滚刀的使用寿命。”
超大直径盾构机在软土地层掘进，容易引起刀盘结泥，无法有效掘进，这是行业性难题。为解决这一难题，研发团队为“妈湾号”配备了高精度保压系统、高效渣石筛分处理系统、大流量泥浆循环系统等。
研发团队还为“妈湾号”搭载了刀具状态实时监测系统，可对滚刀的旋转状态、磨损状况进行检测，并且可以实时反馈开挖地层的图像信息，全方位提高了泥水盾构机的可感可知能力。“这套刀具状态实时监测系统可靠性高、准确度达95%以上，免除了人工对刀具的频繁抽检。”
最大推力超“复兴号”牵引动力10%
“妈湾号”盾构机在海下40米施工，承受的压力有5公斤左右，相当于盾构机实时推进时，要克服5公斤的压力，否则就会发生海水倒灌的严重安全事故。
“这台盾构机设计的承载压力是10公斤，相当于普通人不带任何辅助设备，潜水100米所承受的压力。为克服这个压力，我们设计的这台盾构机的最大推力达到了2.5万吨，装机总功率超过1.15万千瓦，比‘复兴号’动车的总牵引动力还要高10%。”
2021年1月18日，“妈湾号”超大直径泥水平衡盾构机在中铁装备顺德基地成功下线。为了把这个庞然大物运输到现场，工程师把刀盘分成了13块，壳体分成了10块，大大小小上万块零件，通过上百辆运输车运输至现场。2021年7月15日，“妈湾号”如期始发。
“掘进过程中，我们连续克服了填海区域深厚淤泥质地层基坑开挖、超大直径盾构浅覆土始发、高水压环境复杂地层掘进等关键性挑战，取得了盾构机在上软下硬地层最高月掘进172米的优异成绩，以及单日最高掘进10米的海底大盾构日掘进全国纪录。”
