全球首條特高壓穿越長江綜合管廊貫通 創多項第一

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院大氣污染防治行動計劃重點建設的12條輸電通道之一，是華東特高壓主網架的重要組成部分。建成後，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、滬負荷中心的華東特高壓交流環網，這也是世界首個特高壓交流雙環網，將大幅提高華東電網接納區外來電能力，提升電網安全運行水準，對於促進華東地區和江蘇省經濟社會可持續發展、進一步提升我國電力技術水準具有重要意義。

 

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。由國家電網投資建設、中鐵十四局集團施工。

 

 

華東地區淮南—南京—上海之間特高壓交流實現雙環網，以穿江隧道方式過江，被譽為電力建設史上的創舉。

 

什麼是“GIL”？

 

在地下隧道中鋪設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，採用金屬導電桿輸電，並將其封閉于接地的金屬外殼中，通過壓力氣體絕緣。

 

與常規電纜相比，GIL具有傳輸容量大、損耗低、人身安全水準高、電磁場極低、不受環境影響、運行可靠性高、節省佔地、無電(熱)老化等顯著優點，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。即使是從經濟的角度考慮，GIL在大容量高電壓場合，其投資低於電纜，維護費用比電纜低。

 

 

“卓越號”盾構機2017年6月28日始發掘進。

 

為什麼是“穿越”而不是“跨越”？

 

這裡長江江面寬闊，最窄的地方接近5000米。如果採用傳統方式上跨建塔的方案，水中先建設雙塔，每個塔高設計到450米，一座塔底的基坑相當於27個標準籃球場，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、基礎設施建設等都會産生影響。

 

“長江主航道每天3000多艘大型船隻穿行，架空跨越方案的技術經濟性優勢不明顯、施工風險高。”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境影響小、運行維護造價低的優點。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經濟發展的考慮，國家電網公司決定採用隧道方式過江。

 

 

隧道剖面示意圖。

 

穿越長江靠什麼？

 

盾構機，21世紀挖隧道最常用的“神器”。相比人工隧道掘進，它具有安全、環保、速度快、效率高等特點，近年來被廣泛應用於穿江越河隧道建設中。盾構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，盾構機被人們形象比喻為“穿山甲”“鋼鐵蚯蚓”。一台盾構機價值上億元，集自動化、智慧化于一體，涵蓋地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術。

 

用於該工程的“卓越號”盾構機，是在中鐵十四局集團與德國海瑞克大直徑盾構領域十幾年良好合作關係，核心技術彼此支撐的基礎上，根據工程實際“量身定制”的盾構機。

 

這個項目面臨的最大挑戰是高水壓和江底複雜多變的地質狀況。江中地質條件複雜，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、江中衝槽段，技術難度大、施工風險高。

 

 

聯合研製的“卓越號”盾構機，生産製造和現場組織調試週期都創造了新的世界紀錄。

 

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

 

刀具採用先行刀+刮刀的多層次刀具設計，212把鑲嵌有鎢鉬合金的貝殼形先行刀和刮刀進行掌子面切割，確保開挖效率。刀盤採用5副刀臂設計，提升開口率至36%。整個隧道安裝2734環管片，開挖和清除的渣土合計約62.5萬立方米。中央控制室，所有重要數據和實時掘進參數都直觀地顯示在監視器上，操作手對基本自動化的操作過程進行監控，必要時加以干預和調整。

 

 

綜合管廊內部佈置圖。

 

工程創造的世界、國內“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、技術水準最先進的超長距離GIL創新工程，是全球首次將大直徑盾構隧道應用於電力管廊工程。

 

中鐵十四局項目負責人陳鵬介紹説：“隧道最低點標高-74.83米，最大水土壓力達到9.8巴，是目前國內埋深最深，水壓力最高的電力越江隧道。”水土壓力達到9.8巴，相當於一頭成年大象站立在普通汽車單個座位上，對盾構機、施工人員的安全，都是新的世界級挑戰。“以前我們施工的南京長江隧道，水深63米，這座隧道開闢了新的紀錄。”陳鵬説。

 

隧道穿越高磨蝕石英砂及強滲透地層，是目前國內獨頭掘進距離最長的隧道。勘探資料顯示，隧道要穿越1780米富含有害氣體地層。

 

江底掘進，也是大直徑越江隧道施工風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下，聯合研製適應地質、承壓和有害氣體地層的盾構機，對盾構機、照明和排氣系統等進行了防爆設計和改造。

 

自2017年6月28日盾構機始發掘進到貫通，用時14個月，日均掘進14.12米，月均417米，創造了世界大直徑盾構隧道施工新紀錄(國內同類工程歷史最高平均速率日掘進11.6米，月進度348米)。整條隧道無一滲漏點，錢七虎院士稱讚此隧道是目前國內現場管理最好、實體品質最優、建設進度最快的行業標杆工程。

 

 

隧道施工場景。

 

大盾構與南京的不解之緣

 

南京註定是大盾構公司的福地。作為大盾構公司的開山之作，南京長江隧道代表了中國當今水下隧道的扛鼎之作。憑藉在南京長江隧道積累的先發優勢，大盾構公司先後參建了南京地鐵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隧道工程，同時，也相繼中標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於做強做大做專大盾構板塊的戰略需要，按照“專業+聚焦”原則，在南京成立國內首家大盾構工程公司。

 

目前長江在建穿江隧道5個，中鐵十四局大盾構公司承建了4個。作為南京本土企業，大盾構公司先後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隧道工程已通車運營。蘇通GIL綜合管廊工程已實現洞通、南京五橋夾江隧道進展順利。

 

被譽為“扛鼎之作”和“萬里長江第一隧”的南京長江隧道工程，代表了當今中國水下大盾構隧道建設的最高標準，兩項成果獲“國家科技進步二等獎”，並榮獲“魯班獎”“詹天佑大獎”和“國優金獎”。

 

南京過江地鐵10號線過江隧道，採用世界首創“小空間常壓換刀技術”，榮獲“國家技術發明獎”。

 

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難題，創造了大直徑泥水準衡盾構機月掘進688米的世界紀錄。

 

華東地區淮南—南京—上海之間特高壓交流實現雙環網，以穿江隧道方式過江，被譽為電力建設史上的創舉。

 

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、技術水準最先進的超長距離GIL創新工程。

 

南京五橋夾江隧道，是在建的穿越長江的最大直徑盾構隧道工程。

 

在超大直徑和水下盾構施工領域，中鐵十四局大盾構公司率先在國內實現5個“全覆蓋”：穿越“江河湖海城”全覆蓋、地質條件全覆蓋、涉足行業全覆蓋、盾構直徑全覆蓋和施工工藝全覆蓋。創新並應用大直徑盾構洞內回拖、洞內始發接收、鑽爆+盾構空推、江中溶洞勘查與處理、海上鑽爆處理孤石和基岩突起、江面海面注漿固結、常壓換刀、帶壓進倉、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余項發明專利和創新工法。

 

針對大盾構産業鏈條中的分段業務，“五位一體”護航大盾構施工，堅持“圖紙設計+施組設計”設計模式；“廠家研發+自主研發”研發模式；“工廠製造+專業監造”盾構機採購模式；“現場管控+遠程監控”施工監管模式；“技術中心+專家團隊”科技攻關模式。

 

大盾構公司樹立“科技強企、創新興企”的發展理念，率先研發大盾構施工數字監控系統，建立了十四局盾構數據監控指揮中心，實現全國盾構類施工項目的聯網監控。聘請錢七虎、梁文灝、史玉新等多名專家、院士，組成專家組遠程指導，對工程難點進行“專家把脈”、對工程“險情”快速排除、對安全隱患及時整改，充分利用大數據分析、智慧預警控制等先進手段，在盾構姿態預警、日累掘進分析、換刀情況分析、泥水環流監控和安全風險監控等方面成效顯著，大大增強了對施工現場管控能力，提高了關鍵環節施工作業安全。

 

此外，大盾構公司還與西南交大、北京工業大學、同濟大學等高校及權威科研機構合作，建立盾構技術研發中心。雙方在安全作業智慧識別、盾構掘進預警、地質地層信息數字化、結構安全評估預警及施工渣土精細化控制等方面開展深入合作，將盾構施工技術向“智慧化”“半智慧化”方向提升。

 

中鐵十四局集團大盾構公司聚焦“引領全球建設發展，締造人類夢想奇跡”的企業願景，聚力“穿越江河湖海城，做大盾構事業領跑者”的奮鬥目標，為“強富美高”新江蘇建設做貢獻。