◎本报记者 张 晔  通讯员 张凤华

    在刚刚过去的2023年元旦假期，珠海兴业快线隧道工程现场，一台重4500吨、超5层楼高的超大直径盾构机正奋勇掘进，随着刀头转动，隧道一米一米向前推进，管片一片一片拼装……这台盾构机就是由中交天和机械设备制造有限公司（以下简称中交天和）自主研制的全球首台超大直径同步掘进机“兴业号”，它首次实现了在掘进过程中同步完成拼装管片。

    常规盾构机的刀头由油缸推动，刀头向前推进后就要拼装管片，油缸推动距离为2米多，一环管片宽2米。因而，掘进2米后必须停下来拼装一环管片，每掘进一环耗时近60分钟，拼装管片一环耗时近45分钟。而“兴业号”改变了传统油缸设计，其推动距离可达4米，可一边掘进一边拼装管片，施工速度较国内外同类掘进机提升25%—35%。

    实现一机多用、同步掘进

    珠海兴业快线隧道工程是未来连通港珠澳大桥和深中通道，把珠海市打造成为“粤港澳交通枢纽”的重要工程。

    该工程盾构隧道长度仅1740米，但地质情况极为复杂，其中硬岩段占比超过70%，且为首个国内直径最大双层叠落盾构工程，双层叠落长约604米，采用盾构法施工面临不少世界级难题。

    为顺利完成这项重大工程，中交天和立足自主研发，着眼科技创新，为在硬岩地质条件中提高掘进速度，实现隧道掘进和管片拼装同步施工，成功研制中国首台超大直径同步掘进机“兴业号”。该掘进机刀盘直径15.76米，全长超130米。

    截至目前，“兴业号”已累计掘进260环，隧道成型520米，历经淤泥质土层、液化砂层、断裂带、孤石群、不同强度花岗岩（强度最高达158兆帕）等地质。不同地层掘进需采用不同类型盾构机，淤泥质土层、液化砂层一般采用软土盾构机，不同风化程度花岗岩地层一般选用硬岩掘进机（TBM），而“兴业号”则成功实现一机多用和同步掘进。

    配置多种刀具应对高强度孤石

    作为国内直径最大双层叠落盾构工程，珠海兴业快线隧道上下层隧道最近间隔仅6米，对主隧道施工，尤其对管片成圆收敛、管片注浆、土层扰动沉降等质量要求极高。

    因此，隧道主线与匝道采用了双层叠落盾构施工方式，先下后上，同向推进。其中，主线隧道直径15.2米，匝道隧道直径11.73米，主线由“兴业号”掘进。在设计方面，中交天和为盾尾每个注浆系统增设流量、压力控制装置，确保每个区域注浆均匀精准，最终把管片错边量、沉降精度控制在毫米级范围内；同时，他们自主研制圆度收敛测量系统，做到“一环一检测”。

    盾构机掘进过程中，孤石通常难以固定，会因土体挤压而移动，不足以为盾构机破碎孤石提供反力。如不能及时处理，轻则产生掉刀、刀具偏磨、刀盘磨损等情况，重则造成刀盘卡死，或导致隧道轴线偏移、地面突然沉降等危险。

    过去，遭遇孤石时，团队常采用竖井开挖、爆破、人工挖孔等方式排除，为盾构机掘进清障。但这种方式不仅花费高、耗时长，且风险大。面对无数孤石群，中交天和对“兴业号”开展适应性设计，在旋转刀盘配装滚刀152把、常压切刀256把、刀箱保护刀824把，大大增强了破岩能力，确保“兴业号”顺利通过围岩强度158兆帕、长度160米的花岗岩孤石群落。

    “数字大脑”控制方向和精度

    为适应隧道小半径转弯，隧道单环管片楔形量必须多于常规尺寸60毫米以上。如此大的单环偏转量和先导角度，对盾构机掘进保平及管片拼装累积误差纠偏来说是一个全新的考验。

    为此，中交天和为“兴业号”配备“数字大脑”，用自主巡航技术和管片智能化拼装等全新技术控制掘进方向和精度，实时把各项动态参数传送至监控中心，实时监管地层数据反馈链和动态参数调整，及时纠正出现的问题；在施工过程中，专家坐镇后台，严格按“决策指导层、诊断指令层、分析反馈层、操作执行层”四个层级指挥施工，做到“一环一研判”“一环一总结”。

    珠海兴业快线隧道设计最小转弯半径仅599.5米，这对于超大直径盾构机施工来说是大难题。作为超大直径盾构机，“兴业号”如何在岩层中实现自由转向？对此，中交天和应用主动铰接技术，把超大直径盾构机最小转弯半径控制在450米内，这在世界超大直径盾构机施工中尚属首次。中交天和总经理助理、执行总工杨辉介绍：“中交天和设计团队研发主动铰接技术，相当于给刀头加了一个关节，既能活动，承受巨大压力，还能防水防泥。”为破解系列技术难题，中交天和还采用刀盘伸缩机构、逆洗循环系统、刀具全状态监测等核心技术，确保“兴业号”施工进度，创造了国内外同类装备科技创新和同步掘进的新高度。