練就“三元混合氣”，從此拔刀更省力

想象一下，

你一邊承受著

8倍于自身的大氣壓力，

一邊還要舉起300斤的啞鈴

該有多難？

這也是海底隧道建設(shè)者盾構(gòu)施工時

面臨的世界級超高壓施工難題。

高水壓作業(yè)施工風(fēng)險高

5月8日，

由中國鐵建自主研發(fā)的

世界首套“三元混合氣”

盾構(gòu)帶壓作業(yè)裝備，

正式應(yīng)用于世界最長海底高鐵隧道——

甬舟鐵路金塘海底隧道，

成功克服了這個難題，

標(biāo)志著我國

在盾構(gòu)超高壓帶壓作業(yè)領(lǐng)域取得重大突破。

這一難題是如何形成的？

“三元混合氣”是什么？

它如何解決這一問題？

和小新一起來看！

海底“換刀”，

世界級超高壓施工難題

盾構(gòu)機(jī)是遁地鉆山、

穿江越海的利器，

被稱為“工程機(jī)械之王”，

它通過不斷旋轉(zhuǎn)盾構(gòu)機(jī)前方的刀盤，

利用刀具切削各類巖土實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)長距離掘進(jìn)，

高強(qiáng)度的巖土切削造成刀具磨損，

需要人工進(jìn)入前端換刀時，

就會出現(xiàn)一個難題：

在軟巖、富水或自穩(wěn)性較差的地層中，

如果直接開倉換刀，

隧道掌子面可能因?yàn)槭ブ危?/p>

發(fā)生坍塌、沉降、

滲水、涌水等問題，

容易產(chǎn)生安全事故。

因此，需要在土倉建立

與地層水土壓力平衡的氣壓，

形成“壓力支撐”，

確保換刀作業(yè)環(huán)境安全。

而在海底的超高水壓環(huán)境下掘進(jìn)，

壓力進(jìn)一步增大，

換刀的難度可就翻倍了。

金塘海底隧道建設(shè)示意圖

甬舟鐵路金塘海底隧道

作為世界最長海底高鐵隧道，

它穿越硬巖、黏土、粉砂等多種組合地層，

盾構(gòu)區(qū)間硬巖和軟硬不均的巖層

占比近七成，

巖層壓力最高可達(dá)200兆帕。

傳統(tǒng)壓縮空氣進(jìn)艙作業(yè)的

空氣安全壓力上限為0.6兆帕。

而金塘海底隧道

最大埋深位于海平面下78米，

最高水土壓力達(dá)0.85兆帕，

相當(dāng)于成年男子手掌面積

需承受近一噸的重量。

如此大的“壓力”，

如何破解？

世界首臺，

自研破局打造“中國方案”

面對極限工況，

承擔(dān)舟山側(cè)6270米盾構(gòu)施工任務(wù)的

中鐵十一局借鑒深海潛水技術(shù)，

聯(lián)合國內(nèi)頂尖科研力量，

將深海潛水成熟經(jīng)驗(yàn)引入到盾構(gòu)施工中，

并邀請中國工程院院士等

權(quán)威專家反復(fù)論證，

成功研發(fā)出適用于

盾構(gòu)施工的氦氮氧“三元混合氣”

盾構(gòu)帶壓作業(yè)裝備。

三元混合氣技術(shù)應(yīng)用

此前，

換刀是工作人員最頭疼的事。

傳統(tǒng)的飽和帶壓作業(yè)

不僅需要穿戴厚重的防寒服，

還需搭建大型前置駐艙系統(tǒng)，

存在較長的人員進(jìn)艙加壓和出艙減壓時間，

效率有待提升。

而且，海底的壓強(qiáng)

讓普通人根本無法承受。

在海底，

壓力的進(jìn)一步增加，

會引發(fā)人體

“氮麻醉”“氧中毒”和器官受損等現(xiàn)象，

危及人員生命安全。

三元混合氣生命支持系統(tǒng)

“三元混合氣”

由氦氣、氮?dú)狻⒀鯕?/strong>配比而成。

其中氦氣密度低、

擴(kuò)散快、安全性高，

能有效防止超高壓環(huán)境下

作業(yè)人員出現(xiàn)“氮麻醉”

“氧中毒”等風(fēng)險，

為他們在深海超高壓環(huán)境下作業(yè)

筑起安全呼吸屏障。

這一突破，

既為作業(yè)人員筑起了更可靠的安全屏障，

也一舉打破了國外長期壟斷的技術(shù)壁壘。

現(xiàn)在，

有了“三元混合氣”技術(shù)，

換刀的整個過程

就像給鋼筆換筆芯一樣安全高效。

作業(yè)時，

進(jìn)艙人員無需進(jìn)艙加壓和出艙減壓，

只需佩戴專用混合氣體呼吸器，

由艙外管路供氣，

艙內(nèi)主動回收呼出氣體，

作業(yè)人員先在加壓艙加壓至設(shè)計壓力，

隨后依次穿越盾構(gòu)機(jī)人艙、

氣墊艙、泥水艙，

抵達(dá)刀盤背后，

直面隧道掌子面，

完成任務(wù)后，

再經(jīng)科學(xué)減壓出艙，

進(jìn)入甲板減壓艙進(jìn)行二次減壓療養(yǎng)。

這種方式可以

節(jié)約30%—50%高壓作業(yè)周期，

效率顯著提升。

人員進(jìn)艙作業(yè)

此外，

該裝備單次可支持3人同時進(jìn)艙作業(yè)，

每次持續(xù)60分鐘，

通過兩組人艙配合可實(shí)現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)，

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計便于快速適配，

不同水壓及復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工，

具有模塊化設(shè)備進(jìn)場快、

人員勞動強(qiáng)度低，

換刀作業(yè)效率高等優(yōu)勢，

為超高壓換刀作業(yè)

提供了一條全新的技術(shù)路徑。

同時，

該技術(shù)采用輕量化裝備設(shè)計，

操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，

更便于日常運(yùn)行維護(hù)。

四大核心優(yōu)勢

該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，

不僅為甬舟鐵路建設(shè)掃清關(guān)鍵障礙，

更將為全球超高壓工程建設(shè)，

提供可復(fù)制、

可推廣的“中國方案”，

助力我國超高壓盾構(gòu)施工技術(shù)邁入世界前列。

目前，金塘海底隧道總體掘進(jìn)9362米，

約完成工程總量83.6%，

甬舟鐵路預(yù)計2028年具備開通運(yùn)營條件，

屆時將結(jié)束舟山群島不通鐵路的歷史，

加快推動寧波舟山同城化發(fā)展。

甬舟鐵路示意圖

穿山越海，

硬核裝備領(lǐng)跑全球盾構(gòu)市場

1997年，

我國首次在西康鐵路秦嶺隧道建設(shè)中

引入德國盾構(gòu)機(jī)施工先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，

大幅提升了隧道挖掘效率，

卻受盡技術(shù)封鎖、

承擔(dān)高昂成本。

中國鐵建扛起自主創(chuàng)新大旗，

大力開展盾構(gòu)設(shè)備領(lǐng)域制造研究，

從 “跟跑” ，

到 “并跑” ，

再到 “領(lǐng)跑”，

一步步改寫全球盾構(gòu)市場新格局。

海太長江隧道成型隧道內(nèi)景

江蘇海太長江隧道工程，

位于江蘇省長江入海口區(qū)域，

全長39.07公里，

北起南通海門區(qū)，

南至蘇州太倉市，

過江隧道長11.185公里，

采用雙向六車道高速公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，

該隧道是目前世界最長公路水下盾構(gòu)隧道，

也是目前國內(nèi)最大直徑長江隧道，

被譽(yù)為“新萬里長江第一隧”。

負(fù)責(zé)此項(xiàng)工程的是“江海號”盾構(gòu)機(jī)，

由中鐵十四局和鐵建重工聯(lián)合打造，

最大開挖直徑達(dá)16.64米，

專門為海太長江隧道項(xiàng)目定制。

滬渝蓉高速鐵路，

是我國境內(nèi)一條連接上海市與重慶市、

四川省成都市的高速鐵路，

是國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃

“八縱八橫”中沿江通道的骨干線路，

主要承擔(dān)沿江通道路網(wǎng)層面和沿海、

京滬輔助通道聯(lián)系上海層面的客流。

負(fù)責(zé)此項(xiàng)工程的是“新征程號”盾構(gòu)機(jī)，

創(chuàng)新搭載“智能化鉆孔注漿一體化設(shè)備”，

注漿飽滿度遠(yuǎn)超人工操作標(biāo)準(zhǔn)，

強(qiáng)化了隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

深江鐵路

是國家“八縱八橫”高鐵網(wǎng)沿海通道的重要組成部分，

正線全長約116公里，

設(shè)計時速250公里。

預(yù)計，深江鐵路

2028年4月1日全線通車建成通車后，

將實(shí)現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)生活圈、

經(jīng)濟(jì)圈半小時高鐵互聯(lián)互通，

對進(jìn)一步強(qiáng)化大灣區(qū)一體化發(fā)展

和廣東自貿(mào)區(qū)建設(shè)具有重要意義。

負(fù)責(zé)此項(xiàng)工程的是

超大直徑土壓盾構(gòu)機(jī)“鯤鵬號”，

開創(chuàng)了“透水復(fù)雜地層超大直徑土壓

盾構(gòu)長距離穿越水域環(huán)境”施工先河，

填補(bǔ)了行業(yè)技術(shù)空白……

從“十四五” 加速布局，

到“十五五”全面發(fā)力，

中國鐵建

以新質(zhì)生產(chǎn)力培育發(fā)展新動能，

推動地下工程向更深、更智能、

更綠色突破。

從打造直徑8.61米、

承載萬噸級載荷的“全球最大盾構(gòu)機(jī)主軸承”

到“大盾構(gòu)隧道智能建造管理”，

再到“三元混合氣”裝備

破解世界級超高壓難題，

中國鐵建

始終以科技創(chuàng)新為引擎在高端裝備、

地下工程等領(lǐng)域

不斷突破邊界，

向地球深部進(jìn)軍。

未來，

將會有更多鋼鐵蛟龍

在地球深處鐫刻中國印記，

寫下更加硬核的央企傳奇！

為全球地下工程提供中國重器。

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責(zé)任編輯丨葛瑞蒂

校對丨程鏡睿

執(zhí)行主編丨張灝然 陳婷

內(nèi)容來源丨中國鐵建