前不久，中國鐵建三級公司建設(shè)推進會暨項目管理現(xiàn)場會在濟南召開。會議期間，200余名與會人員走進由中鐵十四局承建的濟濼路穿黃北延隧道施工現(xiàn)場，觀摩科技創(chuàng)新助力超大直徑盾構(gòu)隧道建造的新成就。

黨的二十大報告指出，“加強企業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研深度融合，強化目標導(dǎo)向，提高科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平?！痹邬o山水庫下方23米處，濟濼路穿黃北延隧道項目團隊牢記“國之大者”，強化責(zé)任擔(dān)當，在盾構(gòu)設(shè)備升級、長距離下穿水庫和智慧掘進等方面不斷探索創(chuàng)新，助力濟南跨河發(fā)展，為構(gòu)建濟南市跨黃河綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)貢獻鐵建智慧和力量。

升級定制設(shè)備 讓掘進更高效

2021年9月30日，在兩岸百姓的翹首以盼下，濟南黃河濟濼路隧道順利通車。至此，市民開車最快4分鐘即可穿越黃河。

隧道的順利通車，離不開兩臺超級“鋼鐵蛟龍”——直徑達15.76米的“黃河號”“泰山號”盾構(gòu)機。2022年底，這兩臺超大直徑盾構(gòu)機在完成人類歷史首次穿越地上懸河使命后，再次轉(zhuǎn)戰(zhàn)濟濼路穿黃北延隧道工程。

盾構(gòu)機始發(fā)現(xiàn)場（中鐵十四局 供圖）

“穿黃北延隧道是連通濟南市主城區(qū)和新舊動能轉(zhuǎn)換起步區(qū)的重要紐帶，工程起自濟濼路黃河隧道敞開段，總長4383米，隧道以盾構(gòu)方式下穿鵲山水庫，再接入省道S10?！痹擁椖控撠?zé)人杜昌言表示，兩座隧道直徑、建設(shè)方案基本一致，穿越地層均為粉質(zhì)黏土，局部夾雜鈣質(zhì)結(jié)核。

鈣質(zhì)結(jié)核對盾構(gòu)機掘進的阻礙作用不可小覷。杜昌言介紹：“經(jīng)過億萬年沉淀沉積而成的鈣質(zhì)結(jié)核，質(zhì)地堅硬，它們進入出漿管道會產(chǎn)生漿液滯留、卡管卡泵等問題，嚴重時還會使管道磨損、設(shè)備停機?！?/p>

為了解決上述問題，確保隧道順利穿越鐵路、水庫、管線等構(gòu)筑物，項目團隊決定對“黃河號”“泰山號”盾構(gòu)機進行針對性改造。為了讓盾構(gòu)機的“牙齒”更鋒利，項目團隊對盾構(gòu)機刀盤進行適應(yīng)性配置，增加38把焊接式先行刀，并提高刀具高度，使其更加有效應(yīng)對當前穿越地層。同時，為了讓盾構(gòu)機的“血管”更通暢，他們增加了盾構(gòu)機的聯(lián)通管路螺旋防堵系統(tǒng)，有效防止倉內(nèi)聯(lián)通管因底部堆積造成壓力不穩(wěn)定，保證聯(lián)通管始終處于通路，使掌子面始終保持穩(wěn)定。

實踐證明，升級后的兩臺盾構(gòu)機有效適應(yīng)了黃河特有的粉質(zhì)黏土地層，工效提升了20%。目前，濟濼路穿黃北延隧道西線“黃河號”盾構(gòu)機已率先抵達加固區(qū)，靜待接收；隧道東線“泰山號”盾構(gòu)機已開掘過半，明年初即可貫通。

創(chuàng)新施工工藝 讓掘進更環(huán)保

翻開濟濼路穿黃北延隧道工程路線圖，可以清晰地看到，兩臺盾構(gòu)機要先后下穿鵲山水庫，下穿水域長達1550米。2000年4月投入使用的鵲山水庫是一級水源地，承擔(dān)著濟南市40%的居民用水，而且沒有替代性水源。

施工現(xiàn)場（中鐵十四局 供圖）

項目團隊通過查閱水庫原地形資料和開展蛙人摸排后發(fā)現(xiàn)，水庫底部多處存在村有機井?！岸軜?gòu)機在掘進中遇到機井，勢必會引起擾動，還可能出現(xiàn)冒漿，造成水質(zhì)污染。”該項目總工王超道出了團隊最擔(dān)心的問題，超大直徑盾構(gòu)長距離穿越一級水源地，在國內(nèi)尚無先例。為此，該項目成立“王超創(chuàng)新工作室”，并與山東大學(xué)聯(lián)合圍繞“超大直徑泥水盾構(gòu)長距離穿越大型一級水源地”開展課題研究。

“想要保持水庫底部土體穩(wěn)定，必須保持上下承受的壓力相同?！辈捎贸錆M水的“水囊”給水庫底部補充壓力的想法閃過王超的腦海。隨后，他們采用模型試驗、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值仿真等手段，模擬盾構(gòu)機穿越水庫堤壩、水域等關(guān)鍵區(qū)域的環(huán)境，總結(jié)出擾動機理和規(guī)律，并在施工中得到應(yīng)用。

“水囊”不僅能夠隨著盾構(gòu)機前行，給湖底增加一個“保護套”，使用后還可以回收，從根本上保護水質(zhì)。他們還在“水囊”上裝置了應(yīng)變片和水位計，定時自動讀取水庫底的位移變化情況。截至目前，圍繞該課題項目團隊已形成6篇論文和8項發(fā)明專利。

運用智慧系統(tǒng) 讓掘進更安全

穿黃北延隧道長距離下穿大型水庫，最淺覆土僅12米，并且穿越水庫段水面高出地面6米多。在高風(fēng)險下實現(xiàn)穩(wěn)定掘進，智慧掘進系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。

在項目部智慧管控中心，與正在建設(shè)的實體隧道相對應(yīng)，一座數(shù)字孿生的“云上隧道”也在同步“掘進”?！懊烤蜻M一環(huán)，云上數(shù)據(jù)就更新一環(huán)，在‘數(shù)字盾構(gòu)’中，點擊具體模塊，就可以查閱相應(yīng)參數(shù)?！痹擁椖慷軜?gòu)經(jīng)理周贊操控著智慧大屏介紹，這些信息也實時傳輸?shù)?00公里外的南京大盾構(gòu)公司盾構(gòu)智慧管控中心。

盾構(gòu)智慧管控中心對數(shù)據(jù)進行自動化分析，當參數(shù)出現(xiàn)異常時，相關(guān)預(yù)警信息就會分級發(fā)送給對應(yīng)人員，使隧道建設(shè)“盡在掌控”。

“濟濼路穿黃北延隧道項目東線盾構(gòu)掘進過程中氣墊倉與P2.1泵吸口壓力值報警，請注意?！苯衲?月下旬，盾構(gòu)機長孫警收到來自盾構(gòu)智慧管控中心的“三級預(yù)警信息”。和孫警同時收到信息的還有項目負責(zé)人、盾構(gòu)經(jīng)理、總機械師。隨后，他們重新計算出最精確的切口水壓和參數(shù)，對注漿質(zhì)量、泥漿性能等進行了優(yōu)化調(diào)整，確保水下穿越穩(wěn)定高效。

“如果發(fā)出二級風(fēng)險預(yù)警，信息將被推送至總部掘進中心進行跟蹤調(diào)度，而一級信息則推送至公司分管和主管領(lǐng)導(dǎo)。”周贊表示，據(jù)統(tǒng)計，濟濼路穿黃北延隧道掘進期間，系統(tǒng)共發(fā)送預(yù)警1100余次，為項目團隊及時發(fā)現(xiàn)隱患、解決問題提供了重要信息。

成型隧道（中鐵十四局 供圖）

此外，如盾構(gòu)施工現(xiàn)場有緊急情況，大盾構(gòu)公司南京總部隨時可以為盾構(gòu)機“把脈問診”，甚至接管操控。在智能化、自動化、可視化管理下，該隧道盾構(gòu)施工最高日進尺18米，最高月進尺332米，創(chuàng)造了超大直徑盾構(gòu)長距離穿越水庫的掘進紀錄，進一步擦亮了中國鐵建大盾構(gòu)品牌。

【編輯：游凱】