在世界最長海底高鐵隧道甬舟鐵路海底隧道建設(shè)過程中“甬舟號”盾構(gòu)機遇到重重難題。海底24次軟硬地質(zhì)變換，最高巖石強度是普通混凝土的6倍多，刀具磨損嚴(yán)重。但海底78米超高水壓已超出盾構(gòu)帶壓換刀最深標(biāo)準(zhǔn)，如何破解這個世界級難題？

“我已出倉，感覺良好！”

2月6日上午，世界最長海底高鐵隧道迎來新進(jìn)展，歷經(jīng)22天作業(yè)，國產(chǎn)首臺盾構(gòu)飽和帶壓進(jìn)倉設(shè)備“深?？臻g站”，在中鐵十四局承建的甬舟鐵路金塘海底隧道寧波側(cè)完成“首秀”，成功實施75米深高壓環(huán)境盾構(gòu)進(jìn)倉作業(yè)，累計換刀46把，標(biāo)志著我國自主研發(fā)盾構(gòu)飽和帶壓進(jìn)倉技術(shù)成功應(yīng)用，突破了60米的安全作業(yè)深度限制，并持續(xù)下探至75米。

為何要打造海底空間站？盾構(gòu)機遭遇海底超硬復(fù)雜地層掘進(jìn)刀具磨損嚴(yán)重！全長16.18公里的金塘海底隧道是甬舟鐵路的控制性工程，其中海底盾構(gòu)段長11.21公里，兩臺超大直徑盾構(gòu)機從寧波與舟山兩側(cè)相向掘進(jìn)，歷經(jīng)28次軟硬地層變化，最終在海底實現(xiàn)精準(zhǔn)對接。

金塘海底隧道地質(zhì)剖面圖

寧波側(cè)出發(fā)的“甬舟號”盾構(gòu)機，面臨的是名副其實的“極限工況”。隧道需24次穿越軟硬交替的復(fù)雜地層，不良地層占比近七成！

其中硬巖強度最高達(dá)191兆帕，相當(dāng)于普通混凝土的6倍以上。同時，隧道最大埋深78米，面對的最高水土壓力達(dá)8.5巴。

量身定制的超大直徑盾構(gòu)機“甬舟號”

為應(yīng)對復(fù)雜地層， “甬舟號”盾構(gòu)機采用的帶壓復(fù)合刀盤，裝備了308把刀具，其中破巖主力滾刀較常規(guī)配置增加30%。

然而，高強度破巖也帶來了刀具的頻繁磨損，需要人工進(jìn)入盾構(gòu)機前端開展帶壓“換牙手術(shù)”，截至目前已累計換刀2900余把。

然而，隨著盾構(gòu)作業(yè)向海底深入，換刀也遇到了無法解決的難題。

在盾構(gòu)施工領(lǐng)域，進(jìn)入盾構(gòu)機前端“帶壓進(jìn)倉”作業(yè)，一直是風(fēng)險最高、技術(shù)最復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一，為了保證隧道掘進(jìn)面的穩(wěn)定，就要通過壓縮空氣來抵抗巨大的水土壓力，換言之，如果在20米的海底換刀，就要面臨頭頂20米海水同等壓力的大氣壓。

但，壓力不能一直增大！傳統(tǒng)方法常常采用普通空氣潛水技術(shù)，根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，其安全作業(yè)深度被限制在60米以內(nèi)。

“甬舟號”盾構(gòu)機施工現(xiàn)場

此外，在高壓下，作業(yè)人員每天有效工作時間最長僅約40分鐘，而減壓時間卻需4小時以上，不僅有效作業(yè)時間短，還需要頻繁的加壓、減壓，作業(yè)人員面臨的氮麻醉、氧中毒等風(fēng)險急劇升高，還可能會患上減壓病。對于需要頻繁帶壓換刀的金塘隧道深海段而言，常規(guī)方式已完全無法滿足需求。

深海之下，難道真是人類無法駐足的禁區(qū)？

中國建設(shè)者給出的答案：并非“繞道”，而是“突破”

自主研發(fā) “深?？臻g站”實現(xiàn)高壓環(huán)境長期駐留與持續(xù)作業(yè)

面對施工難題，中鐵十四局、交通運輸部上海打撈局歷時3年，聯(lián)合研發(fā)出盾構(gòu)飽和帶壓進(jìn)倉技術(shù)，打造出國產(chǎn)首臺盾構(gòu)飽和帶壓進(jìn)倉設(shè)備“深?？臻g站”。

國產(chǎn)首臺盾構(gòu)飽和帶壓進(jìn)倉設(shè)備——深?？臻g站

該技術(shù)將海洋工程領(lǐng)域成熟的飽和潛水技術(shù)與盾構(gòu)隧道施工相融合，讓作業(yè)人員呼吸特定比例的混合氣體，經(jīng)過一次加壓后，體內(nèi)惰性氣體溶解達(dá)到“飽和”狀態(tài)。

此后，在同一深度無論停留一天還是數(shù)天，人體吸收的氣體總量不再增加，減壓所需的總時間也固定不變。

作業(yè)人員乘坐“探海艙”前往“甬舟號”

“深?？臻g站”由寧海（生活）艙、探海（穿梭）艙、鎮(zhèn)海（控制）艙等多個模塊組成。作業(yè)人員居住在與海底同等壓力的生活艙內(nèi)，猶如在海底“住下來”，每天像“太空出艙”一樣，乘坐“太空電梯”探海艙到達(dá)盾構(gòu)機前端，進(jìn)行設(shè)備維護和刀具更換，結(jié)束后返回寧海艙生活休息，直到任務(wù)全部完成，再一次性減壓出艙。

完成75米深高壓環(huán)境“首秀”

為更深、更長的跨海通道建設(shè)積累底氣

當(dāng)天上午，“深?？臻g站”順利完成75米深高壓環(huán)境下的“首秀”，連續(xù)作業(yè)22天，累計完成46把刀具更換，為“甬舟號”的順利掘進(jìn)提供了堅實保障。

“探海艙”與“甬舟號”盾構(gòu)機對接現(xiàn)場該技術(shù)的壓力控制、氣體管理、應(yīng)急保障等核心子系統(tǒng)均實現(xiàn)國產(chǎn)化，最大飽和作業(yè)深度可達(dá)100米，標(biāo)志著我國在極端復(fù)雜深埋隧道帶壓作業(yè)領(lǐng)域，填補了關(guān)鍵裝備與技術(shù)空白，海底隧道建設(shè)能力上升到了新的高度。

9名作業(yè)人員順利出艙

目前，“甬舟號”盾構(gòu)機已累計掘進(jìn)3000余米，完成掘進(jìn)任務(wù)超六成，預(yù)計今年年底實現(xiàn)海底精準(zhǔn)對接。甬舟鐵路建成后，將結(jié)束舟山不通鐵路的歷史，有力推動長三角一體化高質(zhì)量發(fā)展。

（原標(biāo)題 3年研發(fā)首秀，中國“海底空間站”成功應(yīng)用）