在世界最长海底高铁隧道甬舟铁路海底隧道建设过程中“甬舟号”盾构机遇到重重难题。海底24次软硬地质变换，最高岩石强度是普通混凝土的6倍多，刀具磨损严重。但海底78米超高水压已超出盾构带压换刀最深标准，如何破解这个世界级难题？
“我已出仓，感觉良好！”
2月6日上午，世界最长海底高铁隧道迎来新进展，历经22天作业，国产首台盾构饱和带压进仓设备“深海空间站”，在中铁十四局承建的甬舟铁路金塘海底隧道宁波侧完成“首秀”，成功实施75米深高压环境盾构进仓作业，累计换刀46把，标志着我国自主研发盾构饱和带压进仓技术成功应用，突破了60米的安全作业深度限制，并持续下探至75米。
为何要打造海底空间站？盾构机遭遇海底超硬复杂地层掘进刀具磨损严重！全长16.18公里的金塘海底隧道是甬舟铁路的控制性工程，其中海底盾构段长11.21公里，两台超大直径盾构机从宁波与舟山两侧相向掘进，历经28次软硬地层变化，最终在海底实现精准对接。
金塘海底隧道地质剖面图
宁波侧出发的“甬舟号”盾构机，面临的是名副其实的“极限工况”。隧道需24次穿越软硬交替的复杂地层，不良地层占比近七成！
其中硬岩强度最高达191兆帕，相当于普通混凝土的6倍以上。同时，隧道最大埋深78米，面对的最高水土压力达8.5巴。
量身定制的超大直径盾构机“甬舟号”
为应对复杂地层， “甬舟号”盾构机采用的带压复合刀盘，装备了308把刀具，其中破岩主力滚刀较常规配置增加30%。
然而，高强度破岩也带来了刀具的频繁磨损，需要人工进入盾构机前端开展带压“换牙手术”，截至目前已累计换刀2900余把。
然而，随着盾构作业向海底深入，换刀也遇到了无法解决的难题。
在盾构施工领域，进入盾构机前端“带压进仓”作业，一直是风险最高、技术最复杂的环节之一，为了保证隧道掘进面的稳定，就要通过压缩空气来抵抗巨大的水土压力，换言之，如果在20米的海底换刀，就要面临头顶20米海水同等压力的大气压。
但，压力不能一直增大！传统方法常常采用普通空气潜水技术，根据国内现行的规范与标准，其安全作业深度被限制在60米以内。
“甬舟号”盾构机施工现场
此外，在高压下，作业人员每天有效工作时间最长仅约40分钟，而减压时间却需4小时以上，不仅有效作业时间短，还需要频繁的加压、减压，作业人员面临的氮麻醉、氧中毒等风险急剧升高，还可能会患上减压病。对于需要频繁带压换刀的金塘隧道深海段而言，常规方式已完全无法满足需求。
深海之下，难道真是人类无法驻足的禁区？
中国建设者给出的答案：并非“绕道”，而是“突破”
自主研发 “深海空间站”实现高压环境长期驻留与持续作业
面对施工难题，中铁十四局、交通运输部上海打捞局历时3年，联合研发出盾构饱和带压进仓技术，打造出国产首台盾构饱和带压进仓设备“深海空间站”。
国产首台盾构饱和带压进仓设备——深海空间站
该技术将海洋工程领域成熟的饱和潜水技术与盾构隧道施工相融合，让作业人员呼吸特定比例的混合气体，经过一次加压后，体内惰性气体溶解达到“饱和”状态。
此后，在同一深度无论停留一天还是数天，人体吸收的气体总量不再增加，减压所需的总时间也固定不变。
作业人员乘坐“探海舱”前往“甬舟号”
“深海空间站”由宁海（生活）舱、探海（穿梭）舱、镇海（控制）舱等多个模块组成。作业人员居住在与海底同等压力的生活舱内，犹如在海底“住下来”，每天像“太空出舱”一样，乘坐“太空电梯”探海舱到达盾构机前端，进行设备维护和刀具更换，结束后返回宁海舱生活休息，直到任务全部完成，再一次性减压出舱。
完成75米深高压环境“首秀”
为更深、更长的跨海通道建设积累底气
当天上午，“深海空间站”顺利完成75米深高压环境下的“首秀”，连续作业22天，累计完成46把刀具更换，为“甬舟号”的顺利掘进提供了坚实保障。
“探海舱”与“甬舟号”盾构机对接现场该技术的压力控制、气体管理、应急保障等核心子系统均实现国产化，最大饱和作业深度可达100米，标志着我国在极端复杂深埋隧道带压作业领域，填补了关键装备与技术空白，海底隧道建设能力上升到了新的高度。
9名作业人员顺利出舱
目前，“甬舟号”盾构机已累计掘进3000余米，完成掘进任务超六成，预计今年年底实现海底精准对接。甬舟铁路建成后，将结束舟山不通铁路的历史，有力推动长三角一体化高质量发展。
（原标题 3年研发首秀，中国“海底空间站”成功应用）
来源：中国铁建微信公众号
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