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行业资讯丨向海掘进!公司开挖直径13.73米“金核号”下线 将穿越国内...

11月11日,一台刀盘直径13.73米、整机长125米的泥水平衡盾构机顺利下线,被命名为“金核号”。它将服役于S202象山石浦港海底隧道——宁波市首条海底盾构公路隧道。这是国内目前最长的穿越全淤泥质软土地层的海底盾构公路隧道。“金核号”的下线,标志着该工程将进入盾构施工阶段。

在“豆腐里打洞”

隧道北起石浦高速连接线石浦收费站东侧,下穿兴港路、石浦港,南至鹤浦镇石三线,盾构段长3105米。穿越地层以淤泥质黏土、粉质黏土、黏土为主,土体强度低、含水率高、灵敏度强。“相当于在豆腐里打洞”——这是建设者对这段海底掘进最直白的形容:姿态稍一偏移,就可能超挖、地表沉降,甚至海水击穿。数字更直白:隧道底最大覆盖土深33.5米,最大水深46米,最大水压力0.48兆帕,隧道顶距海底最小仅9.55米。浅覆土、高水压、长距离、软土地层,四重压力叠在一台机器身上。

由此衍生出四类工况风险:浅覆土与软弱地层中,管片上浮、错台开裂、冒顶喷浆;黏土地层里,结泥饼、糊刀、滞排;下穿公路与航道构筑物时,沉降控制要求极高;长距离、高水压掘进,直接考验关键部件寿命与密封承压能力。

一台为在“豆腐里打洞”定制的机器

为啃下这块海底“软骨头”,“金核号”在设计阶段便对照工况精准施策。盾构总功率六千余千瓦,推力、扭矩预留充足余量,耐压性能可抵御海底数十米水压,盾尾配置五道密封刷。

软地层掘进极易出现管片上浮、下沉,该机依靠两套方案精准应对:一是同步向管片背部灌注双液浆,浆液快速固结,将管片稳定锚固于地层,抑制上浮;二是在复杂区段把推进速度降至每分钟数毫米,如绣花般缓步掘进,以慢求稳。

黏土地层的难题是刀盘结泥饼。刀盘中心搭载独立冲刷系统,高压泥水持续冲刷面板,打散泥饼;舱底循环泵不停搅动,防止渣土沉积;管路预判堵塞风险,可反向冲洗;遇到大块孤石,舱底破碎机先行破碎再外运;泥水系统分流器如同滤网,阻隔大粒径砾石进入泵体。从刀盘到泵口,构筑起防泥饼、防滞排、防堵管、防损泵的完整防护体系。

海底三公里长距离掘进,耐磨与密封是核心考验。刀盘遵循“一次下井、全程不换刀”理念,刀具高低分层排布,前层磨损后,后层接续切削;易损件采用模块化可更换设计,磨损后快速替换,切削轨迹无盲区。刀盘、盾体、泥水管路全部增设耐磨保护层。主轴承按极限工况反复校核,设计寿命满足整条隧道掘进需求。盾尾五道密封刷内置监测线路,磨损层级实时回传中控;油脂腔布设压力传感器,动态监测密封状态。气垫舱如同稳压容器,大幅抑制掌子面压力波动,让开挖面保持平稳。

会自己“干活”的盾构机

让这台盾构真正脱颖而出的,是它拥有了自主的“大脑”。以往盾构启动,操作人员要逐一核对十几个系统、逐项开机,在控制面板间来回奔走,如同飞机起飞前逐项核查清单;如今联锁条件满足后,轻点一键启动,冷却水、液压、润滑、刀盘、出渣系统依次自动启动,短短几分钟整机即可具备掘进条件。

掘进过程亦是如此。海底盾构施工最忌惮姿态偏移、掌子面压力失稳。过去依靠操作人员紧盯仪表、手动调节油缸,高度依赖经验;现在系统自主规划平滑掘进线路,实时计算推力大小并分配至各组油缸,泥水系统在停机、旁通、掘进、冲洗工况间自动切换,牢牢稳住掌子面压力,气垫舱液面仅小幅波动。同等工况实测表明,自主控制的稳定性优于人工手动操作,参数波动更小。

管片拼装也实现自动化。本隧道采用新型承插式管片,环间如同榫卯咬合,对位精度要求高、容错空间极小。拼装机依托视觉相机与激光定位感知管片位置姿态,自主规划运动轨迹,完成抓取、对位、安放,拼装完成后接缝严丝合缝。更关键的是,它突破传统停机拼装模式,实现边掘边拼,掘进作业连续不中断,同步完成管片衬砌拼装。操作人员退守中控屏前,盾构在海底自主掘进作业。

中交天和总工程师杨辉介绍,“金核号”集成落地盾构无人掘进全套功能。此前一键启动、自主巡航、智能拼装等智能模块多分散在不同设备单独试验,尚未形成协同联动的完整体系。该机首次整合多项智能能力,配套数字孪生平台、探地雷达注浆检测,实现从人工操控向智能管控跨越:操作人员在中控值守研判,盾构于海底自主纠偏、自动拼装、稳步推进。从“在豆腐里打洞”到“自主寻路前行”,它标志着盾构无人掘进从理论走向工程实景,是中国盾构由机械化迈向智能化的重要里程碑。

石浦港两岸居民从石浦到鹤浦需绕行近40公里、车程近50分钟,隧道建成后两地车程将缩短至约5分钟,沿线约10万居民实现“15分钟上高速”。按计划,2026年12月底盾构机进场组装调试,2027年4月左线率先始发掘进,2028年项目建成通车。届时,这只13米级的“钢铁穿山甲”将从这里入海,在淤泥中一寸寸向前,把“绕行一小时”压缩为“直行五分钟”。