前不久，中國鐵建三級公司建設(shè)推進(jìn)會暨項(xiàng)目管理現(xiàn)場會在濟(jì)南召開。會議期間，200余名與會人員走進(jìn)由中鐵十四局承建的濟(jì)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(bào)告指出，“加強(qiáng)企業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研深度融合，強(qiáng)化目標(biāo)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(jì)濼路穿黃北延隧道項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)牢記“國之大者”，強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)，在盾構(gòu)設(shè)備升級、長距離下穿水庫和智慧掘進(jìn)等方面不斷探索創(chuàng)新，助力濟(jì)南跨河發(fā)展，為構(gòu)建濟(jì)南市跨黃河綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)鐵建智慧和力量。

升級定制設(shè)備 讓掘進(jìn)更高效

2021年9月30日，在兩岸百姓的翹首以盼下，濟(jì)南黃河濟(jì)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(dá)15.76米的“黃河號”“泰山號”盾構(gòu)機(jī)。2022年底，這兩臺超大直徑盾構(gòu)機(jī)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(jì)濼路穿黃北延隧道工程。

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)現(xiàn)場（中鐵十四局 供圖）

“穿黃北延隧道是連通濟(jì)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(jì)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?xiàng)目負(fù)責(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(jī)掘進(jìn)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(jiān)硬，它們進(jìn)入出漿管道會產(chǎn)生漿液滯留、卡管卡泵等問題，嚴(yán)重時(shí)還會使管道磨損、設(shè)備停機(jī)。”

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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定對“黃河號”“泰山號”盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行針對性改造。為了讓盾構(gòu)機(jī)的“牙齒”更鋒利，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)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(dāng)前穿越地層。同時(shí)，為了讓盾構(gòu)機(jī)的“血管”更通暢，他們增加了盾構(gòu)機(jī)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(shí)踐證明，升級后的兩臺盾構(gòu)機(jī)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(jì)濼路穿黃北延隧道西線“黃河號”盾構(gòu)機(jī)已率先抵達(dá)加固區(qū)，靜待接收；隧道東線“泰山號”盾構(gòu)機(jī)已開掘過半，明年初即可貫通。

創(chuàng)新施工工藝 讓掘進(jìn)更環(huán)保

翻開濟(jì)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(jī)要先后下穿鵲山水庫，下穿水域長達(dá)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(jì)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(jī)井?！岸軜?gòu)機(jī)在掘進(jìn)中遇到機(jī)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(xiàng)目總工王超道出了團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(bǔ)充壓力的想法閃過王超的腦海。隨后，他們采用模型試驗(yàn)、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值仿真等手段，模擬盾構(gòu)機(jī)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(jī)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(jī)前行，給湖底增加一個(gè)“保護(hù)套”，使用后還可以回收，從根本上保護(hù)水質(zhì)。他們還在“水囊”上裝置了應(yīng)變片和水位計(jì)，定時(shí)自動讀取水庫底的位移變化情況。截至目前，圍繞該課題項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已形成6篇論文和8項(xiàng)發(fā)明專利。

運(yùn)用智慧系統(tǒng) 讓掘進(jìn)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(xiǎn)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定掘進(jìn)，智慧掘進(jìn)系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。

在項(xiàng)目部智慧管控中心，與正在建設(shè)的實(shí)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(jìn)”。“每掘進(jìn)一環(huán)，云上數(shù)據(jù)就更新一環(huán)，在‘?dāng)?shù)字盾構(gòu)’中，點(diǎn)擊具體模塊，就可以查閱相應(yīng)參數(shù)?！痹擁?xiàng)目盾構(gòu)經(jīng)理周贊操控著智慧大屏介紹，這些信息也實(shí)時(shí)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(jìn)行自動化分析，當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，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(jì)濼路穿黃北延隧道項(xiàng)目東線盾構(gòu)掘進(jìn)過程中氣墊倉與P2.1泵吸口壓力值報(bào)警，請注意?！苯衲?月下旬，盾構(gòu)機(jī)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(shí)收到信息的還有項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、盾構(gòu)經(jīng)理、總機(jī)械師。隨后，他們重新計(jì)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(jìn)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(xiǎn)預(yù)警，信息將被推送至總部掘進(jìn)中心進(jìn)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(jì)，濟(jì)濼路穿黃北延隧道掘進(jìn)期間，系統(tǒng)共發(fā)送預(yù)警1100余次，為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及時(shí)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(shí)可以為盾構(gòu)機(jī)“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(jìn)尺18米，最高月進(jìn)尺332米，創(chuàng)造了超大直徑盾構(gòu)長距離穿越水庫的掘進(jìn)紀(jì)錄，進(jìn)一步擦亮了中國鐵建大盾構(gòu)品牌。

【編輯：游凱】