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镌刻在长江深处的“惊世”之作

2018年09月04日

  历史定格在这一刻:2018年8月21日9时28分。南通航母主题公园西南角人头攒动,不远处的长江江面波光粼遴,宁静安祥,似乎和建设者一起静待那激动人心的时刻。

  随着巨大的“卓越号”盾构机刀盘破土而出,现场一片欢腾,中国铁建所属中铁十四局近百名建设者欢呼雀跃,激动万分,标志着全球首条1000KV特高压穿越长江电力综合管廊隧道贯通。这是世界上首次将大直径盾构隧道应用于电力工程,也是世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的超长距离GIL创新工程。

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  “一年多了,心时刻悬着,无论吃饭、睡觉还是回家,电话24小时不敢离身!尽管超前谋划的十分周密,还是不敢有丝毫大意。”项目总工程师孙茂舟坦言。功夫不负有心人,项目部自2017年6月盾构机始发以来,该管廊隧道不渗不漏,浑然天成,好评如潮,先后吸引国内外6000余人专家学者、业内同行现场观摩。

  钱七虎院士称赞:此隧道是目前国内现场管理最好、实体质量最优、建设进度最快的行业标杆工程!他们是怎样做到的呢?

  技术攻关“破难题” 高水压、有害气体全“降服”

  “接到任务的那一刻,心情十分激动,能够第四次挑战长江深处的水下盾构施工,似乎胸有成竹。然而,一系列超出想象的世界性难题带来了前所未有的挑战!”项目负责人陈鹏回忆说,“很多技术难题在世界范围内是首次,没有任何经验可以借鉴。”

  淮南~南京~上海1000千伏交流特高压输变电工程是国务院大气污染治理十二个重点通道之一,举国关注。而苏通GIL综合管廊工程又是该工程的关键控制性难点工程,起于南岸苏州,止于北岸南通,全长5468.5米,盾构直径12.07米。这是全球首次将大直径盾构隧道应用于电力管廊工程。

“这不是一座普通的水下大直径盾构隧道,隧道最深处79米,最大水土压力达到9.8倍大气压力,相当于一个手指甲承受近20斤的重量,是目前国内埋深最深,水压力最高的盾构隧道。”陈鹏介绍。

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  “地层中含有甲烷,是易燃易爆有害气体。”孙茂舟说,“隧道长距离穿越有害气体地层,安全风险极高,当这种气体浓度达到一定程度,就会迅速爆炸,带来灾难性的破坏,后果不堪设想!”

  项目部成立以项目负责人名字命名的“陈鹏创新工作室”,确立科研主题,成立若干的技术攻关小组。同时,他们联合知名高校,大力开展技术创新。他们多次到煤矿企业考察调研,洞内设备严格按照煤矿标准,防爆电话、防爆对讲机,防爆手机,工人进入隧道统一着装防静电工装,不允许带手机,更不允许吸烟,每一条铁的纪律,都要不折不扣落实,不给有害气体一丝燃爆的机会。

  “做每一步工作,我们都是打破常规,创新思维,优化方案。”工程部长朱晓天介绍说,“我们科学引入一个领值维护管理系统软件,使盾构机2000多个部件都有自己的‘档案’,每个部件上有一个二维码标签,手机一扫,图纸、维护保养信息一目了然,哪个人保养了,保养的周期是多少,每天都会生成新的任务。”

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  “当时洞内温度最高达50多度,我们工作时,穿着短裤,怀里抱着冰块;洞内空气质量也不好。”宾锡午回想起初的场景,“我们根据压入式通风原理,反复做试验,成功研制了储风筒装置,使5公里长的洞外新鲜空气,源源不断的输送进来,大大改善了工作环境。”

  针对水土压力大的现实,项目部经过试验,多个参数对比,采用高密度泥浆,加大砂浆注入量和油脂注入量。同时他们尽量不停机快速掘进,“每天12小时以上和盾构机相伴,全方位呵护它的身心健康,确保‘卓越号’设备完好率在96%以上”,机电部长陈宗凯介绍。

  除了水土压力和长距离有害气体,施工难题不一而足。长江大堤是长江两岸人民财产、生命的“保障线”,该管廊两次穿越大堤,要确保大堤安全平稳通过,沉降控制要求极高,施工难度大;江中冲槽段,覆土厚度巨变,水土压力瞬息万变,盾构机的参数时刻调整,施工风险极高。然而,盾构机始发以来,却创造了日均掘进14.12米,月均417米,14个月贯通的国内最高速!

  “公司领导十分重视,进场之初就送给我们12个字:如临深渊,如履薄冰,如坐针毡。带着这12个字,我们一路攻关,一路平稳,一路领先。”陈鹏说话间,如释重负。

  以创新的思维“量身打造” 盾构机为“本土而生”

  2016年11月,建设者清楚的记得那段时间,一个突如其来的消息传来:经过地勘单位在长江中进行详细勘察,发现了隧道施工区域有沼气气体,含有大量的甲烷,容易爆炸,同时有害气体聚集在开挖仓内会导致掌子面失稳,施工风险数倍增长,施工难度前所未有!

  项目部立即组织进行应对措施的设计,应对有害气体,并邀请钱七虎院士主持开展多次论证。“当时盾构机设计联络会已召开两次,相关部件已开始生产。”项目总工孙茂舟回忆说。

  盾构机是隧道内的最主要机械,必须进行防爆专项设计!项目联合国内知名院校,对盾构机改造进行技术攻关。“针对有害气体的实际情况,结合瑞士SUVA标准和国内煤矿巷道瓦斯防治的技术规范,对盾构机进行了针对性的防爆改造,既保证了安全,又控制了成本,所形成的成套技术资料,对后续工程有着现实的指导意义”。盾构机负责人宾锡午说。

  “盾尾刷”是阻止江底的水和泥沙进入隧道的重要“屏障”,起着至关重要的作用。针对高水压的现实,项目部大胆创新,确定了国内首次加强盾尾刷专项研究的课题,精确计算钢丝刷的形式、钢板厚度对不同压力的应对情况,确保可以承受不低于10bar的水压。

  “通过人工控制注浆,有时多有时少,不能做到精准。”宾锡午面对这个实际,跟技术人员反复研究试验,查阅大量资料,利用施工间隙,在隧道内做试验数百次,发明了同步注浆自动跟随系统,能自动均匀地注入砂浆,避免了人工控制的不精确,保证了壁后注浆的均匀性,对成型隧道的快速稳定、控制稳定、隧道的不渗不漏,起到了决定性的作用,同时对盾尾密封刷也起到了第一层保护的作用。

  项目上的很多创新成果都“接地气”“超实用”,根据工作实际,技术攻关小组密集组织科研活动,先后发明了储风筒装置、电缆延伸平台、通讯避雷系统、有害气体抽排系统等9项发明专利、8项实用专利,在国家核心期刊发表论文近20篇,为水下大直径盾构隧道施工积累了宝贵经验。

  本来是国外生产的“洋机器”经过建设者的改造,参与制造和研发,优化一些数据,呈现出了为我所用的本土化、特色化。

  科技魅力无限 管片用“芯”制造创精品

  他们精心生产了2743环11.6米大直径管片,为5000多米长的隧道,铸造了牢不可破的“保护层”,内壁光洁、质量上乘。“看似钢筋混凝土的产品,其实生产中要有艺术品的心境和追求。”管片厂负责人代洪波说。

  苏通GIL综合管廊管片高标号、高抗渗等级、高耐久性要求,他们在满足设计要求的前提下,一手抓“混凝土性能”保质量,一手抓“混凝土施工”求外观,做到内实外美。

  他们精心梳理详细的管片生产工艺流程图,张贴在生产一线便于工人随时查看学习。同时制定《产品质量指标考核标准》,对钢筋笼制作、混凝浇筑、蒸汽养护等关键环节进行考核把控。

  他们经过大量试验研究,做了近百次试验,最后选择掺加粉煤灰、矿粉等矿物掺合料,配以特制的外加剂,完美解决了管片快速生产和耐久性之间的矛盾,满足了绿色环保要求,并形成了《预制构件高性能混凝土制备和低碳化生产关键技术》成果。

  同时,他们为管片加上技术创新的元素,2743环管片块块都粘贴有RFID射频芯片。管片的生产过程、质量信息、存储状态都在芯片里,拿着RFID平板电脑走一圈,5~8米内的管片即可实现质量追溯。这也是国内首次将芯片技术运用在混凝土预制构件,不仅让生产组织安排有序、管理高效,后续管片使用和运营也受益。掘进现场实现了自动化验货接收,管片卸货一扫、一点就能完成,大大降低了工作量。

  为确保“高质量”,生产基地组建多个科研小组,分课题进行研究,其中《提高管片外弧面收面质量》解决了自动流水线生产管片的外弧面质量问题;《盾构管片生产流水线预养棚》成果在多个管片生产单位推广应用;《模具振动测量系统》改变了以往凭经验判断,通过测量仪器量化模具振动力,且能及时发现设备问题,有助于将质量隐患消灭在萌芽之中。

  他们联合西南交通大学做了衬砌原型结构应变试验,模拟实际环境中管片结构受力及变形情况,精益求精,圆满通过了管片在极限情况下开裂、螺栓孔抗拔等试验项目。

  “管片从生产到安装要倒运近10次,如何保护不磕不碰,完好无损,也是他们考虑的问题,把每一个细节都做到了极致。”施工技术部长朱晓天介绍,“我们在运输上使用柔性吊具,摒弃以前用硬质的钢丝绳吊运。吊装过程中对管片安装‘保护角’,运输过程中管片与管生之间放入七字型方木,避免对边角和管片之间磕碰。”

  世上无难事,只要肯登攀。然而这样一项超级工程背后,挑大梁的却是一群平均年龄27岁的年轻人。他们在国内外没有可以借鉴的成熟经验的情况下,攻坚克难,探索出一套中国建设者自主研发并参与建设的核心技术。

  明天,他们将会操控着大国重器盾构机,以更加自信的姿态,穿越江河湖海,翻越崇山峻岭,为中国乃至世界的交通更便捷、环境更清洁、生活更美好而不断创造奇迹!

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