科技日报记者 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”它改变了传统油缸设计，推动距离可达4米，刀头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%，对超大直径盾构机发展具有划时代意义。

(资料图片)

兴业号下线。

兴业号内部。

一机多用实现同步掘进

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%，被称“地质博物馆”，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，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，为适应在硬岩地质中提高掘进速度，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”。该掘进机国产化率达98%以上、刀盘直径15.76米，全长超130米,攻克了许多难以想象的世界级难题。

该工程硬岩段的占比超过70%，更能充分发挥“兴业号”同步掘进效果。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），“兴业号”则成功实现“一机多用”和“同步掘进”。

刀盘下进。

沉降精度控制在毫米级

珠海兴业快线隧道是国内直径最大双层叠落盾构工程，双层叠落段长约604米，在全国尚属首例。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双层叠落盾构施工方式，先下后上，同向推进。主线隧道直径15.2米，由“兴业号”掘进，匝道隧道直径11.73米。中交天和创新设计，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，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，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。

隧道施工现场。

“数字大脑”控制掘进方向和精度

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是个全新考验。

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，这是超大直径盾构机施工最大难题。“兴业号”刀头重约2000吨，在岩层中实现自由转向是个重大现实难题。

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，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，相当于为刀头加一个关节，既能活动，能承受巨大压力，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。

成型的隧道。

（图片由受访者提供）

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