渤海之濱,海風獵獵。海平面以下數十米深處,一條深海通道已悄然成型。
1月24日,隨著M1250泥水加壓平衡式盾構機主機穩穩吊裝出井,煙臺港西港區LNG長輸管道海域段盾構隧道宣告全線貫通。這是中石油管道局建設公司承建的中國石油首條海底盾構隧道,參建將士歷經218天晝夜奮戰,攻克多項技術難關,打通了連接海上LNG接收站與陸地能源網絡的“咽喉要道”,為環渤海地區能源保供奠定基礎。
量身定制破“頑石”
“海底地質就像一個盲盒,不打開永遠不知道里面藏著什么。”回想起項目初期的勘探情景,項目負責人焦子君歷歷在目。作為中國石油首條海底盾構隧道,其地質條件的復雜性超乎想象。勘探報告顯示,隧道穿越區域地質軟硬不均,砂礫、黏土等地質交錯,且存在孤石,滲透系數極大,稍有不慎就會引發涌水涌砂,甚至造成盾構機“卡殼”的險情。
面對這塊難啃的“硬骨頭”,早在項目籌備階段,公司常務副經理趙靈寬便帶領技術骨干駐扎現場,對著幾百份地勘報告反復推演,數易其稿。“我們必須讓設備適應地質,而不是讓地質適應設備。”他說。
針對海底高水壓、長距離、特殊地層的特點,公司技術團隊對盾構機進行了全面的“適應性改造”。他們優化刀盤設計,配備了特殊軟土刀盤與梯度分布合金刀具相結合的“超硬龍齒掘進矩陣”刀盤,能夠在復雜特殊的地層中實現長距離掘進。同時,他們對盾尾密封系統進行了升級,采用多重密封防水技術,通過增加油脂泵、油脂潤滑密封點位數量,提高潤滑效果、增強密封性能,確保盾構機在海底高壓環境下能夠“滴水不漏”。
盾構機開始正式掘進后,公司項目團隊提前預判前方的地質情況,根據地質變化動態調整掘進參數,并對注漿質量、密封性能及刀具磨損情況進行全天候監控,最終成功穿越了復雜的海域地質,更在單月掘進里程上創造了526米的新紀錄,比同類地質條件下的施工速度提高了20%。
毫厘之間繪軸線
海底盾構隧道施工的軸線設計極為復雜。“這種復雜的線形設計,對盾構機的姿態控制提出了極高要求,每一處細節哪怕與設計圖紙只有幾毫米的誤差,累計疊加起來的數據也十分驚人。”公司骨干專家張會明如是說。
在地面監控中心,電子屏幕上實時顯示著盾構機的刀盤扭矩、推力、速度等幾十項關鍵數據。為了確保隧道軸線與設計軸線嚴絲合縫,項目團隊依托智能監測系統,為盾構機裝上“智慧大腦”,一旦掘進參數偏離設定值,系統便會自動報警,提示盾構機操作手及時糾偏。
“以前施工情況多由人工記錄,調整參數常靠施工經驗,刀盤刀具、驅動系統等也只有出了問題才知道。現在是‘讓數據說話’,通過智能決策分析,提前預判潛在風險,推薦最優的掘進參數。”在盾構領域工作20多年的張會明對此感觸頗深。
在全長700多米的雙曲線疊加段掘進中,工程要求軸線必須嚴格控制,在軟土層掘進更是難上加難。測量工程師謝文浩帶著兩名徒弟,實行“人停機不停”的24小時輪班制。“趁著這會兒停機,我們趕緊移站。”謝文浩說完,三人迅速架設儀器,對中、整平、讀數,動作一氣呵成。在環環相扣的海底隧道里,盾構機始終沿著設計軸線穩步前行。在隧道貫通的關鍵時刻,項目團隊結合隧道接收段粉質黏土、礫砂等軟弱地質,采用了風險極高但效果極佳的“水下破洞法”,兩側隧道軸線完美重合,實現了“零誤差”精準貫通。
科技賦能解難題
隧道的終點是位于填海區域的接收豎井。這里主要由回填的碎石土、孤石、圓礫及強風化變粒巖等多種不同等級地質組成,且地下水位高,與海水連通密切。在這種特殊地質條件下,傳統的豎井施工方法不僅成本高昂,而且存在極大的安全風險。
面對難題,公司探索出豎井機械法施工工藝,為推動工程建設尋求“突破點”。這是一種集合了泥漿環流出渣系統、中心高壓沖刷系統、掘進參數在線實時監測系統等先進技術的施工裝備,在填海地質中應用尚屬首次。
在施工過程中,項目團隊通過大量前期調研、理論模型計算、技術論證等方法,對新技術進行反復推演,采用“低高度、分多序”制作工藝,將豎井井壁分解為多個有序環節。在井壁下沉時,他們借助潮汐漲落規律輔助掘進機下沉,同時建立了完善的沉降觀測體系,對地表及周邊建筑進行24小時不間斷監測,最終實現了接收豎井平穩、可控下沉。這不僅是中國石油首個采用豎井掘進機完成的施工項目,也填補了國內能源儲運行業首次應用機械法沉井施工的空白。
為減少施工對海洋生態和周邊環境的影響,在盾構機掘進過程中,團隊把施工產生的泥漿分離,廢水經凈化處理循環可用于盾構掘進泥漿制備,渣土可“變廢為寶”作為路基原料等進行綜合利用,實現了工程建設與生態保護的雙贏。
如今,這條海底盾構隧道內管道安裝前期籌備工作已全面啟動,建設者們正投入到下一段攻堅征程,繼續在海底書寫攻堅克難的奮斗故事。
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