中铁十四局用德国盾构技术攻克南京长江隧道工程？
在水下隧道工程中，国内只有三个工程使用了近15米超大直径的盾构机:已建成的上海长江隧道、上海上中路隧道和南京长江隧道。从技术含量上看，南京长江隧道是技术难度最高、水土压力最大、地质条件最复杂的深水隧道。南京长江隧道左、右线施工中，采用了德国Herrick公司生产的两台泥水平衡式盾构机。每台盾构机有3万多个零件，总长1.34米，总重量近4000吨。从德国运到南京的船总共有几十艘，用了200多辆超大型卡车运到工地。其中，刀盘直径14.93米，相当于五层楼高，重400多吨，是目前国内盾构机刀盘下井全案中最大的。这两台当今世界上最先进的大型水下隧道施工综合设备，是由十四局集团耗资7亿多元为南京长江隧道特别定制的，堪称能让水下隧道一次成型的钢铁巨人。攻克世界级技术难题为了在南京长江隧道成功使用，这两台泥水平衡盾构机需要解决六大世界级技术难题:14.93米的刀盘直径，是当今世界上最大的盾构机之一；隧道最低点的水土压力高达0.65 MPa，居世界之首。隧道穿越淤泥、粉砂、砾砂、卵石和河底风化岩石，地质情况极其复杂。强透水层占开挖总长度的85%以上，国内外罕见；覆土厚度远低于盾构隧道常规安全埋深，构成高风险超浅埋段；掘进距离大于3公里，盾构机在应时含量高的砂层中刀具磨损系数是软土层中刀具磨损系数的10倍以上。十四局集团建设者面临的这些技术难题是全新的挑战，国内外都没有成功的经验可以借鉴。因此，专家断言，南京长江隧道是长江流域难度最大、科技含量最高、风险最大、最具挑战性的水下工程。十四局集团在建设单位南京长江隧道公司的组织和专家组的指导下，引进、消化、吸收、创新德国技术，解决了多项重大技术难题，创造了成型隧道防渗、防漏、防裂的工程奇迹。南京长江隧道技术难度世界罕见。可以说，盾构机每推进一米，都面临着许多难以预料的风险和困难。十四局集团已组成包括6位院士、30多位国内顶尖专家的专家团队，为项目保驾护航。这么多技术精英把脉一条隧道，在中国工程建设史上也是绝无仅有的。超大直径盾构机能否安全破门进洞，是决定发射成败的关键因素。因此，指挥部对洞口周边连续墙加强支护，对18米前方土体采用全断面旋喷加固。为了防止盾构机因前方覆土厚度不足而上浮，延长了37米的半脸旋喷加固。同时，为确保隧道洞门破启安全，在全断面加固的基础上，采取2米厚冻结壁加固方案，实现双保险。为了使盾构机沿轴线平稳滑动，科技人员通过改造轨道，安装了四条滑轨。严格控制焊缝精度，防止盾构被熔渣损坏，避免相互咬合，使盾构机按照准确的轴线前进。洞门的密封关系到开浆和堵浆的成败。他们通过改革传统的单独使用橡胶窗帘布的方法，不仅使密封圈与洞口贴合，而且使盾构通过时刀具不会切割窗帘布。确保泥浆仓及时建立，防渗防漏，压力平衡。同时在帘布后面加了一块厚度为1.5 mm的弹簧钢板，通过压注高分子材料将帘布和钢板密封，使帘布和钢板同时发挥作用，达到密封效果。盾构机推进时，技术人员综合冻结、解冻、拔管、泥仓压力等数据参数，密切关注和检测各种数据系数，决定推力和速度。按照泥水循环分离、开挖、严格管片安装的程序，环环相扣，稳步推进。总部与上海超算中心合作，分析南京长江隧道建设中的关键技术点。利用超级计算机模拟施工事故发生的可能性，通过三维可视化模拟，对各种施工方案和施工参数进行对比分析，评价施工方案的优劣，从而帮助选择最佳的施工方案和参数。国外设备与长江水土艰难融合2008年5月16日，左线隧道盾构机扬子二号成功下线。盾构机成功下水后，随之而来的是如何安全穿越超浅埋段、池塘段、长江大堤、城南河。超浅埋段，上覆土厚度仅5.5米。施工过程中设置多个观测点进行地表沉降、水位监测、土压力测量和土体位移监测，反复观察、分析判断，制定和优化施工方案。联合北方交大科研人员，进行了覆土劈裂的静态和动态试验，通过传感器多次检测地面动态和土体，使盾构掘进时泥浆配置、压力设定和水土压力相吻合，实现了安全快速通过。2008年8月，右线盾构施工进入复合地层，推进至1316米时，开挖受阻。十四局集团总部分析判断可能是刀具有问题，但德方坚称不是刀具磨损影响挖掘。总部组织了五次专家论证会，积极与国内外专家和赫里克公司工程师一起分析原因。经过反复讨论协商，确认是刀具过度磨损造成的，立即着手解决刀具修复问题。盾构机刀盘上有225个刀具，其中71可以在常压下更换，其余刀具必须通过高压进刀进行更换和修复。该手术从未有过先例，被业界视为世界级尖端技术难题。在国内外6倍大气压的高压下进舱，实属罕见；在如此高的压力下进行焊接、切割等动火作业，是前所未有的！2009年2月14日，来自德国北海公司的26名顶级潜水员与总部工作人员一起，在高压状态下修复了刀盘刀具，这一世界级难题被成功解决！由于人类在高压环境下耐力的限制，潜水员在舱内的有效工作时间每天不到3小时。每次进入高压氧舱前，都要逐级加压30分钟左右。工作40分钟后，必须返回减压舱，经过近4个小时的逐步减压，才能出工作室。这个过程类似于神舟七号航天员进出舱的原理，但潜水员承受的压力是航天员的5倍。新型刀具的开发和使用也是值得一提的得意之作。进入砾石地层后，左线的开挖也受到了严重影响。2008年9月~ 165438+10月的月均进度只有70发，检查更换工具也花了不少时间。十四局集团总部与国内外多家工具制造商合作，共同开发适用于复合地层的新型工具。经过充分研究和改进，反复试验、对比和检验，最终采用的改进工具非常适合砾石地层，其使用寿命达到了原工具的10倍以上，大大提高了工作效率，保证了大量砾石地层的顺利通过。实践出真知。建设者相信赫里克的技术，但不迷信，力求将德国先进技术与长江水土完美融合。在充分调研论证的基础上，他们大胆创新，共进行了39项技术改进。盾构机备件的国产化替代也有了很大的进步，不仅节省了时间，也降低了成本。管片制作是盾构隧道质量保证的前提，其精度要求国际上一般为1mm，抗渗性和耐久性要求严格，制作工艺复杂，质量控制标准高。南京长江隧道管片生产列入国家863计划，要求其精度误差控制在0.5 mm以内，是混凝土的顶级产品。负责管片生产的第五项目部，回忆起那段多事之秋，依然后悔不已:没有任何施工经验，凭着一张平面照片，就开始研制工装设备；进口模具设计有缺陷，只能自主改造，试生产最多要调整20次；一个钢筋笼有1900多个焊点，对焊接技术要求很高。不管给多少钱，人们都不会去做。五项目部以越往越难前进的勇气，以不破楼兰不还的精神，走上了自主创新之路。吹掉黄沙，从黄金开始！经过不断探索、试验、改进和创新，他们终于掌握了管片生产技术。2008年6月165438+10月13日，十四局集团总部第五项目部管片预制厂发生鞭炮爆炸。随着最后一罐混凝土注入管片模具，南京长江隧道所需的30430节管片提前48天顺利完工，合格率1.000%，实现了成品管片高强度、高精度、高抗渗的目标。经德国VMT测量公司用扫描检测法测试，实际成品节段测量精度为0.3 mm，是目前为止精度最高的混凝土产品。德国专家声称:这是我见过的世界上最好的片段！日本专家称赞:你们用车床加工的精度生产出了一流的混凝土产品。
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