全球首條特高壓穿越長江綜合管廊貫通 創(chuàng)多項第一

8月21日，淮南—南京—上海1000千伏交流特高壓輸變電工程蘇通GIL綜合管廊工程(以下簡稱“蘇通GIL綜合管廊工程”)正式貫通。

 

淮南—南京—上海1000千伏交流特高壓輸變電工程是國務(wù)院大氣污染防治行動計劃重點建設(shè)的12條輸電通道之一，是華東特高壓主網(wǎng)架的重要組成部分。建成后，淮南—南京—上海工程將與已投運的皖電東送淮南—皖南—上海工程一起，形成貫穿皖、蘇、浙、滬負(fù)荷中心的華東特高壓交流環(huán)網(wǎng)，這也是世界首個特高壓交流雙環(huán)網(wǎng)，將大幅提高華東電網(wǎng)接納區(qū)外來電能力，提升電網(wǎng)安全運行水平，對于促進(jìn)華東地區(qū)和江蘇省經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、進(jìn)一步提升我國電力技術(shù)水平具有重要意義。

 

工程起于北岸(南通)引接站，止于南岸(蘇州)引接站，隧道長5468.5米，盾構(gòu)直徑12.07米，是穿越長江的大直徑、長距離過江隧道之一。工程投資47.63億元，計劃2019年建成投運。由國家電網(wǎng)投資建設(shè)、中鐵十四局集團施工。

 

 

華東地區(qū)淮南—南京—上海之間特高壓交流實現(xiàn)雙環(huán)網(wǎng)，以穿江隧道方式過江，被譽為電力建設(shè)史上的創(chuàng)舉。

 

什么是“GIL”？

 

在地下隧道中鋪設(shè)氣體絕緣金屬封閉輸電線路(Gas-insulated Metal Enclosed Transmission Line)，簡稱GIL。GIL，即氣體絕緣金屬封閉輸電線路，采用金屬導(dǎo)電桿輸電，并將其封閉于接地的金屬外殼中，通過壓力氣體絕緣。

 

與常規(guī)電纜相比，GIL具有傳輸容量大、損耗低、人身安全水平高、電磁場極低、不受環(huán)境影響、運行可靠性高、節(jié)省占地、無電(熱)老化等顯著優(yōu)點，尤其適合作為架空輸電方式或電纜送電受限情況下的補充輸電技術(shù)。即使是從經(jīng)濟的角度考慮，GIL在大容量高電壓場合，其投資低于電纜，維護(hù)費用比電纜低。

 

 

“卓越號”盾構(gòu)機2017年6月28日始發(fā)掘進(jìn)。

 

為什么是“穿越”而不是“跨越”？

 

這里長江江面寬闊，最窄的地方接近5000米。如果采用傳統(tǒng)方式上跨建塔的方案，水中先建設(shè)雙塔，每個塔高設(shè)計到450米，一座塔底的基坑相當(dāng)于27個標(biāo)準(zhǔn)籃球場，需要鋼筋混凝土20多萬立方米，限制低空，影響航運；江中塔基長期受到江水沖刷，每年還要用石子填充塔基，這對江蘇港口建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等都會產(chǎn)生影響。

 

“長江主航道每天3000多艘大型船只穿行，架空跨越方案的技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)勢不明顯、施工風(fēng)險高。”江蘇省電力公司對此做了充分的研究。

 

而隧道具有對周邊環(huán)境影響小、運行維護(hù)造價低的優(yōu)點。以中國工程院院士錢七虎為組長的專家組充分論證，綜合考慮江蘇這一段的地理條件和長遠(yuǎn)經(jīng)濟發(fā)展的考慮，國家電網(wǎng)公司決定采用隧道方式過江。

 

 

隧道剖面示意圖。

 

穿越長江靠什么？

 

盾構(gòu)機，21世紀(jì)挖隧道最常用的“神器”。相比人工隧道掘進(jìn)，它具有安全、環(huán)保、速度快、效率高等特點，近年來被廣泛應(yīng)用于穿江越河隧道建設(shè)中。盾構(gòu)機通過自動管片支撐、機械拼裝等工藝，穿越出一條長長的隧道，因此，盾構(gòu)機被人們形象比喻為“穿山甲”“鋼鐵蚯蚓”。一臺盾構(gòu)機價值上億元，集自動化、智能化于一體，涵蓋地質(zhì)、土木、機械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)。

 

用于該工程的“卓越號”盾構(gòu)機，是在中鐵十四局集團與德國海瑞克大直徑盾構(gòu)領(lǐng)域十幾年良好合作關(guān)系，核心技術(shù)彼此支撐的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實際“量身定制”的盾構(gòu)機。

 

這個項目面臨的最大挑戰(zhàn)是高水壓和江底復(fù)雜多變的地質(zhì)狀況。江中地質(zhì)條件復(fù)雜，具有高透水性、高密實度、高石英含量等特點，隧道將穿越長江大堤、長距離沼氣地層、江中沖槽段，技術(shù)難度大、施工風(fēng)險高。

 

 

聯(lián)合研制的“卓越號”盾構(gòu)機，生產(chǎn)制造和現(xiàn)場組織調(diào)試周期都創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

 

盾構(gòu)機開挖直徑12.07米，設(shè)備總長140米，后配套5個車架，掘進(jìn)過程中，由22對液壓缸提供高達(dá)156000千牛的推力，使刀盤切入隧道掌子面向前掘進(jìn)。對該項目盾構(gòu)施工地層中不可避免的沼氣層，借鑒瑞士SUVA礦用安全規(guī)范，盾構(gòu)機特別配備了主動應(yīng)對有害氣體的專項設(shè)備以實現(xiàn)沼氣探測、預(yù)警以及防爆功能。

 

刀具采用先行刀+刮刀的多層次刀具設(shè)計，212把鑲嵌有鎢鉬合金的貝殼形先行刀和刮刀進(jìn)行掌子面切割，確保開挖效率。刀盤采用5副刀臂設(shè)計，提升開口率至36%。整個隧道安裝2734環(huán)管片，開挖和清除的渣土合計約62.5萬立方米。中央控制室，所有重要數(shù)據(jù)和實時掘進(jìn)參數(shù)都直觀地顯示在監(jiān)視器上，操作手對基本自動化的操作過程進(jìn)行監(jiān)控，必要時加以干預(yù)和調(diào)整。

 

 

綜合管廊內(nèi)部布置圖。

 

工程創(chuàng)造的世界、國內(nèi)“第一”到底有多少？

 

蘇通 GIL 綜合管廊長江隧道工程，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、技術(shù)水平最先進(jìn)的超長距離GIL創(chuàng)新工程，是全球首次將大直徑盾構(gòu)隧道應(yīng)用于電力管廊工程。

 

中鐵十四局項目負(fù)責(zé)人陳鵬介紹說：“隧道最低點標(biāo)高-74.83米，最大水土壓力達(dá)到9.8巴，是目前國內(nèi)埋深最深，水壓力最高的電力越江隧道。”水土壓力達(dá)到9.8巴，相當(dāng)于一頭成年大象站立在普通汽車單個座位上，對盾構(gòu)機、施工人員的安全，都是新的世界級挑戰(zhàn)。“以前我們施工的南京長江隧道，水深63米，這座隧道開辟了新的紀(jì)錄。”陳鵬說。

 

隧道穿越高磨蝕石英砂及強滲透地層，是目前國內(nèi)獨頭掘進(jìn)距離最長的隧道?？碧劫Y料顯示，隧道要穿越1780米富含有害氣體地層。

 

江底掘進(jìn)，也是大直徑越江隧道施工風(fēng)險最高的電力綜合管廊。

 

為攻克世界級難題，在中國工程院院士錢七虎為組長的專家組指導(dǎo)下，聯(lián)合研制適應(yīng)地質(zhì)、承壓和有害氣體地層的盾構(gòu)機，對盾構(gòu)機、照明和排氣系統(tǒng)等進(jìn)行了防爆設(shè)計和改造。

 

自2017年6月28日盾構(gòu)機始發(fā)掘進(jìn)到貫通，用時14個月，日均掘進(jìn)14.12米，月均417米，創(chuàng)造了世界大直徑盾構(gòu)隧道施工新紀(jì)錄(國內(nèi)同類工程歷史最高平均速率日掘進(jìn)11.6米，月進(jìn)度348米)。整條隧道無一滲漏點，錢七虎院士稱贊此隧道是目前國內(nèi)現(xiàn)場管理最好、實體質(zhì)量最優(yōu)、建設(shè)進(jìn)度最快的行業(yè)標(biāo)桿工程。

 

 

隧道施工場景。

 

大盾構(gòu)與南京的不解之緣

 

南京注定是大盾構(gòu)公司的福地。作為大盾構(gòu)公司的開山之作，南京長江隧道代表了中國當(dāng)今水下隧道的扛鼎之作。憑借在南京長江隧道積累的先發(fā)優(yōu)勢，大盾構(gòu)公司先后參建了南京地鐵10號線過江隧道、揚州瘦西湖隧道、武漢地鐵8號線長江隧道、京沈高鐵望京隧道、蕪湖穿長江隧道等一大批大直徑盾構(gòu)隧道工程，同時，也相繼中標(biāo)南京地鐵南北線一期工程、南京寧溧、寧和、南京地鐵7號線等一批地鐵項目。2016年8月，十四局集團公司黨委基于做強做大做專大盾構(gòu)板塊的戰(zhàn)略需要，按照“專業(yè)+聚焦”原則，在南京成立國內(nèi)首家大盾構(gòu)工程公司。

 

目前長江在建穿江隧道5個，中鐵十四局大盾構(gòu)公司承建了4個。作為南京本土企業(yè)，大盾構(gòu)公司先后承建的南京長江隧道、南京地鐵10號線過江隧道、武漢地鐵8號線越江隧道等超大直徑和大直徑水下盾構(gòu)隧道工程已通車運營。蘇通GIL綜合管廊工程已實現(xiàn)洞通、南京五橋夾江隧道進(jìn)展順利。

 

被譽為“扛鼎之作”和“萬里長江第一隧”的南京長江隧道工程，代表了當(dāng)今中國水下大盾構(gòu)隧道建設(shè)的最高標(biāo)準(zhǔn)，兩項成果獲“國家科技進(jìn)步二等獎”，并榮獲“魯班獎”“詹天佑大獎”和“國優(yōu)金獎”。

 

南京過江地鐵10號線過江隧道，采用世界首創(chuàng)“小空間常壓換刀技術(shù)”，榮獲“國家技術(shù)發(fā)明獎”。

 

武漢地鐵8號線越江隧道，是世界上最大的單管雙線地鐵越江隧道，攻克常壓下滾齒刀具互換等技術(shù)難題，創(chuàng)造了大直徑泥水平衡盾構(gòu)機月掘進(jìn)688米的世界紀(jì)錄。

 

華東地區(qū)淮南—南京—上海之間特高壓交流實現(xiàn)雙環(huán)網(wǎng)，以穿江隧道方式過江，被譽為電力建設(shè)史上的創(chuàng)舉。

 

蘇通GIL綜合管廊工程，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、技術(shù)水平最先進(jìn)的超長距離GIL創(chuàng)新工程。

 

南京五橋夾江隧道，是在建的穿越長江的最大直徑盾構(gòu)隧道工程。

 

在超大直徑和水下盾構(gòu)施工領(lǐng)域，中鐵十四局大盾構(gòu)公司率先在國內(nèi)實現(xiàn)5個“全覆蓋”：穿越“江河湖海城”全覆蓋、地質(zhì)條件全覆蓋、涉足行業(yè)全覆蓋、盾構(gòu)直徑全覆蓋和施工工藝全覆蓋。創(chuàng)新并應(yīng)用大直徑盾構(gòu)洞內(nèi)回拖、洞內(nèi)始發(fā)接收、鉆爆+盾構(gòu)空推、江中溶洞勘查與處理、海上鉆爆處理孤石和基巖突起、江面海面注漿固結(jié)、常壓換刀、帶壓進(jìn)倉、自旋式水刀泥餅切割、泥漿絮凝綠色處理、衡盾泥置倉等特殊工藝，形成150余項發(fā)明專利和創(chuàng)新工法。

 

針對大盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈條中的分段業(yè)務(wù)，“五位一體”護(hù)航大盾構(gòu)施工，堅持“圖紙設(shè)計+施組設(shè)計”設(shè)計模式；“廠家研發(fā)+自主研發(fā)”研發(fā)模式；“工廠制造+專業(yè)監(jiān)造”盾構(gòu)機采購模式；“現(xiàn)場管控+遠(yuǎn)程監(jiān)控”施工監(jiān)管模式；“技術(shù)中心+專家團隊”科技攻關(guān)模式。

 

大盾構(gòu)公司樹立“科技強企、創(chuàng)新興企”的發(fā)展理念，率先研發(fā)大盾構(gòu)施工數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，建立了十四局盾構(gòu)數(shù)據(jù)監(jiān)控指揮中心，實現(xiàn)全國盾構(gòu)類施工項目的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。聘請錢七虎、梁文灝、史玉新等多名專家、院士，組成專家組遠(yuǎn)程指導(dǎo)，對工程難點進(jìn)行“專家把脈”、對工程“險情”快速排除、對安全隱患及時整改，充分利用大數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)警控制等先進(jìn)手段，在盾構(gòu)姿態(tài)預(yù)警、日累掘進(jìn)分析、換刀情況分析、泥水環(huán)流監(jiān)控和安全風(fēng)險監(jiān)控等方面成效顯著，大大增強了對施工現(xiàn)場管控能力，提高了關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工作業(yè)安全。

 

此外，大盾構(gòu)公司還與西南交大、北京工業(yè)大學(xué)、同濟大學(xué)等高校及權(quán)威科研機構(gòu)合作，建立盾構(gòu)技術(shù)研發(fā)中心。雙方在安全作業(yè)智能識別、盾構(gòu)掘進(jìn)預(yù)警、地質(zhì)地層信息數(shù)字化、結(jié)構(gòu)安全評估預(yù)警及施工渣土精細(xì)化控制等方面開展深入合作，將盾構(gòu)施工技術(shù)向“智能化”“半智能化”方向提升。

 

中鐵十四局集團大盾構(gòu)公司聚焦“引領(lǐng)全球建設(shè)發(fā)展，締造人類夢想奇跡”的企業(yè)愿景，聚力“穿越江河湖海城，做大盾構(gòu)事業(yè)領(lǐng)跑者”的奮斗目標(biāo)，為“強富美高”新江蘇建設(shè)做貢獻(xiàn)。