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长江江面46米下,科技“编织”大地经纬

2022-01-17 22:25:15 来源: 科技日报 作者: 金凤 刘福昌 王晖

科技日报记者 金凤 通讯员 刘福昌 王晖

隆冬的长江江面,清冷、宁静。

在长江南京段,距离江面约46米的江底,电机飞转,砂石翻腾。

头戴安全帽,从位于长江北岸的南京建宁西路过江通道A1标项目的始发井下井,再乘摆渡车进入正在掘进的通道深处,跨过一块块正待拼装的管片和箱涵,比5层楼还高的“创新号”大盾构机便豁然呈现在眼前。环顾两侧,水、气管、电缆在这里层层叠落,它们是驱动这台庞然大物的营养和血液。

阵阵轰鸣中,中铁十四局南京建宁西路过江通道A1标工程机电部部长盛正杨紧盯控制室屏幕,仔细分析着盾构机各项掘进参数,不时和盾构机长进行交谈,豆大的汗珠从额头渗出。

控制室外,盾构机电机驱动着刀盘,切削着地层。地下空间,就这样一点点延伸。

“从开工以来,我们已经掘进了486环,每环2米,平均每天掘进12-14米。”盛正杨手指盾构机介绍,从2021年8月28日盾构机开始掘进后,施工团队陪伴着这个大家伙,将过江通道一点点打通。

定制掘进方案,穿越4种地层

建宁西路过江通道距离南京长江大桥约2.4公里,是目前在建的距离南京长江大桥最近的一条过江通道。通道全长8.4千米,其中左线盾构隧道长约2349米,盾构机开挖直径15.07米。

过江通道建成后,对于解决过江拥堵,促进国家级新区、南京江北新区发展有重要意义。

值得关注的是,该通道是目前国内施工难度与技术要求最高的过江通道工程之一。

在盾构机旁,盛正杨指着工程图介绍,“通道施工环境复杂,要下穿钢水管、长江两岸大堤,切削南岸大堤抗滑桩,再下穿丛葬地、地铁站围护结构,侧穿江南敏感建筑群,施工中要严格控制这些建(构)筑物的沉降。同时,掘进路线地质变化较大,长江江北段以粉砂层为主,江中段为上软下硬砂卵石复合地层、上软下硬土岩复合地层,江南段以淤泥质粉质黏土夹粉砂层为主。”他说,这些因素让盾构掘进施工困难重重。对此,施工团队多次邀请盾构专家“把脉”,为每个地层和建(构)筑物量身定制掘进方案。

作为盾构机的“铁齿钢牙”,刀具的灵活使用,可令施工事半功倍。

“盾构隧道全长为1174环,在0-320环的粉砂层和321-540环的砂卵石地层,刀盘刀具主要为齿刀;541-705环的上软下硬复合硬岩地层中,主要用滚刀,提高破岩效率;706-1174环的淤泥质粉质黏土地层中,再更换为齿刀。”盛正杨说,刀盘上共配备226把刀,常压可更换的刀具为90把。团队在刀盘面板的正面,焊接了大块耐磨钢板,刀盘边缘及两侧区域焊接有硬质合金耐磨块。

除刀盘刀具的配置外,团队在盾构机选型期间,设计了更大的刀盘开口率、缩减了刀盘滚刀间距、优化了刀盘磨损检测和中心冲刷系统。

施工中,团队还将根据地层特点和覆土厚度设定刀盘转速、掘进速度、同步注浆和盾尾油脂的压力与方量,优化泥浆指标,选择合理的掘进参数。

搭建智慧大脑,盾构机进退有矩

如果说刀盘刀具是盾构机的骨骼,那盾构隧道里的各种管线、传感器、监测系统,则是盾构机的中枢神经。

在控制室内,盾构机掘进系统、自动导向监测系统、同步注浆系统、泥浆环流系统、全方位盾构施工监控系统实时显示着盾构机的“生命体征”,并通过云数据平台,将掘进数据直接传输到项目指挥中心。

记者看到,在盾构机盾尾处,环绕着28组推进油缸,它们同时顶在管片上,将盾构机向前推进。“控制各分组油缸的油压和伸缩速度,就能控制盾构机的姿态,让它精准地转弯、上坡、下行。”在控制室里,中铁十四局南京建宁西路过江通道A1标工程盾构副经理李龙辉,指着盾构机推进系统向记者介绍,通过操作界面、监控画面,便能实时指挥和监控盾构机作业。

盾构机进入土岩复合地层后,“创新号”盾构机还将使用先进的DCRM滚刀旋转实时监控系统,监测每把滚刀的旋转状态,精准判断滚刀是否需要更换,提高盾构掘进效率。

管片拼装完成后,要确保管片上浮数值控制在规定范围内。为此,在盾构机掘进前,施工团队在隧道顶部安装了固定棱镜和测量仪器,在控制室电脑上设置了测量模块并采取初始值。

“掘进过程中,管片上浮监测系统会自动观测隧道管片的形态,并每天定时对数据进行采集分析。”李龙辉说。

隧道掘进进入最关键的时刻,盛正杨正全力以赴。今年过年,他将和爱人和孩子一起工地上过年。“虽然不能回家,但为了盾构施工的安全坚守岗位,是我们的职责。”

责任编辑: 马树怀