穿行水下的创新较量

前不久，中国铁建三级公司建设推进会暨项目管理现场会在济南召开。会议期间，200余名与会人员走进由中铁十四局承建的济泺路穿黄北延隧道施工现场，观摩科技创新助力超大直径盾构隧道建造的新成就。

党的二十大报告指出，“加强企业主导的产学研深度融合，强化目标导向，提高科技成果转化和产业化水平。”在鹊山水库下方23米处，济泺路穿黄北延隧道项目团队牢记“国之大者”，强化责任担当，在盾构设备升级、长距离下穿水库和智慧掘进等方面不断探索创新，助力济南跨河发展，为构建济南市跨黄河综合立体交通网络贡献铁建智慧和力量。

升级定制设备 让掘进更高效

2021年9月30日，在两岸百姓的翘首以盼下，济南黄河济泺路隧道顺利通车。至此，市民开车最快4分钟即可穿越黄河。

隧道的顺利通车，离不开两台超级“钢铁蛟龙”——直径达15.76米的“黄河号”“泰山号”盾构机。2022年底，这两台超大直径盾构机在完成人类历史首次穿越地上悬河使命后，再次转战济泺路穿黄北延隧道工程。

盾构机始发现场（中铁十四局 供图）

“穿黄北延隧道是连通济南市主城区和新旧动能转换起步区的重要纽带，工程起自济泺路黄河隧道敞开段，总长4383米，隧道以盾构方式下穿鹊山水库，再接入省道S10。”该项目负责人杜昌言表示，两座隧道直径、建设方案基本一致，穿越地层均为粉质黏土，局部夹杂钙质结核。

钙质结核对盾构机掘进的阻碍作用不可小觑。杜昌言介绍：“经过亿万年沉淀沉积而成的钙质结核，质地坚硬，它们进入出浆管道会产生浆液滞留、卡管卡泵等问题，严重时还会使管道磨损、设备停机。”

为了解决上述问题，确保隧道顺利穿越铁路、水库、管线等构筑物，项目团队决定对“黄河号”“泰山号”盾构机进行针对性改造。为了让盾构机的“牙齿”更锋利，项目团队对盾构机刀盘进行适应性配置，增加38把焊接式先行刀，并提高刀具高度，使其更加有效应对当前穿越地层。同时，为了让盾构机的“血管”更通畅，他们增加了盾构机的联通管路螺旋防堵系统，有效防止仓内联通管因底部堆积造成压力不稳定，保证联通管始终处于通路，使掌子面始终保持稳定。

实践证明，升级后的两台盾构机有效适应了黄河特有的粉质黏土地层，工效提升了20%。目前，济泺路穿黄北延隧道西线“黄河号”盾构机已率先抵达加固区，静待接收；隧道东线“泰山号”盾构机已开掘过半，明年初即可贯通。

创新施工工艺 让掘进更环保

翻开济泺路穿黄北延隧道工程路线图，可以清晰地看到，两台盾构机要先后下穿鹊山水库，下穿水域长达1550米。2000年4月投入使用的鹊山水库是一级水源地，承担着济南市40%的居民用水，而且没有替代性水源。

施工现场（中铁十四局 供图）

项目团队通过查阅水库原地形资料和开展蛙人摸排后发现，水库底部多处存在村有机井。“盾构机在掘进中遇到机井，势必会引起扰动，还可能出现冒浆，造成水质污染。”该项目总工王超道出了团队最担心的问题，超大直径盾构长距离穿越一级水源地，在国内尚无先例。为此，该项目成立“王超创新工作室”，并与山东大学联合围绕“超大直径泥水盾构长距离穿越大型一级水源地”开展课题研究。

“想要保持水库底部土体稳定，必须保持上下承受的压力相同。”采用充满水的“水囊”给水库底部补充压力的想法闪过王超的脑海。随后，他们采用模型试验、现场监测和数值仿真等手段，模拟盾构机穿越水库堤坝、水域等关键区域的环境，总结出扰动机理和规律，并在施工中得到应用。

“水囊”不仅能够随着盾构机前行，给湖底增加一个“保护套”，使用后还可以回收，从根本上保护水质。他们还在“水囊”上装置了应变片和水位计，定时自动读取水库底的位移变化情况。截至目前，围绕该课题项目团队已形成6篇论文和8项发明专利。

运用智慧系统 让掘进更安全

穿黄北延隧道长距离下穿大型水库，最浅覆土仅12米，并且穿越水库段水面高出地面6米多。在高风险下实现稳定掘进，智慧掘进系统发挥着重要作用。

在项目部智慧管控中心，与正在建设的实体隧道相对应，一座数字孪生的“云上隧道”也在同步“掘进”。“每掘进一环，云上数据就更新一环，在‘数字盾构’中，点击具体模块，就可以查阅相应参数。”该项目盾构经理周赞操控着智慧大屏介绍，这些信息也实时传输到600公里外的南京大盾构公司盾构智慧管控中心。

盾构智慧管控中心对数据进行自动化分析，当参数出现异常时，相关预警信息就会分级发送给对应人员，使隧道建设“尽在掌控”。

“济泺路穿黄北延隧道项目东线盾构掘进过程中气垫仓与P2.1泵吸口压力值报警，请注意。”今年6月下旬，盾构机长孙警收到来自盾构智慧管控中心的“三级预警信息”。和孙警同时收到信息的还有项目负责人、盾构经理、总机械师。随后，他们重新计算出最精确的切口水压和参数，对注浆质量、泥浆性能等进行了优化调整，确保水下穿越稳定高效。

“如果发出二级风险预警，信息将被推送至总部掘进中心进行跟踪调度，而一级信息则推送至公司分管和主管领导。”周赞表示，据统计，济泺路穿黄北延隧道掘进期间，系统共发送预警1100余次，为项目团队及时发现隐患、解决问题提供了重要信息。

成型隧道（中铁十四局 供图）

此外，如盾构施工现场有紧急情况，大盾构公司南京总部随时可以为盾构机“把脉问诊”，甚至接管操控。在智能化、自动化、可视化管理下，该隧道盾构施工最高日进尺18米，最高月进尺332米，创造了超大直径盾构长距离穿越水库的掘进纪录，进一步擦亮了中国铁建大盾构品牌。

【编辑：游凯】