科技巧解“变形”计

 

孟加拉国当地时间4月15日，由公司承建的孟加拉国卡纳普里河水下盾构隧道项目持续“走在快速路”，连续十天每日掘进6环（环宽2米）以上。回首过去的3个月，孟加拉隧道项目经历了重重难关并逐个击破，赢下了一场硬仗。

 

突如其来的年终“考验”

孟加拉隧道项目地处近海域、大潮差和高富水的复杂地层，部分淤泥质黏土层流塑性大，砂层密实度高、石英含量高，对盾构掘进施工造成极大困难。

2019年12月13日，当孟加拉项目盾构掘进613环完成后回缩油缸，现场技术人员朱贵胤突然听见伸缩油缸有异响传来。随即他便带领值班人员观察异响处，发现尾盾导向条与推进油缸撑靴发生剐蹭。经测量后发现尾盾盾体多处发生变形，最大变形处向内凹陷67mm。尾盾、推进油缸撑靴和管片相互挤压，盾构机受困，项目被迫停工。

孟加拉隧道项目是“中印孟缅”经济走廊的大型基础设施项目，影响力重大，盾构掘进的每一步必须保质保量完成。自2019年初始发以来，项目左线隧道先后遇到并克服了隧道上浮、刀具磨损、推力过大、尾刷更换、水平姿态纠偏等难题。

在这迎接2020新年的最后十几天里，大家却收到了一个棘手的年终“考验”。

 

拨开云雾见日出

意外的产生迅速引起了大家的重视。中交集团成立了以王建副总经理为指挥长的孟加拉隧道项目盾构脱困应急指挥组，二航局迅速响应集团，成立了以施志勇总工程师为组长的孟加拉隧道项目盾构脱困技术组。二航局技术中心作为盾构脱困技术组的攻坚力量，为孟加拉隧道项目盾构脱困提供技术支持。

“问题产生了我们就找出发生的原因，根据原因再去针对它、击破它！”技术中心总工程师翟世鸿鼓励大家。

2020年12月14日，“变形”到来的第二日，翟世鸿迅速组织中心盾构方向和结构方向技术骨干和武港院技术人员，召开盾构变形矫正和脱困专题会议。从尾盾变形原因、变形状态评估、尾盾矫正措施和应急处置等方面着手，为项目制定了一套完整的尾盾变形矫正及脱困方案。根据会议指示，技术中心驻场技术人员钟涵、张飞雷收集了尾盾变形前盾构掘进相关数据及资料，供盾构脱困技术小组做盾尾变形原因分析。

经过现场验证和大量的数据资料分析后，大家发现，孟加拉隧道项目地处高富水的复杂地层，部分淤泥质黏土层流塑性大，砂层密实度高、石英含量高，尤其是盾构机进入卡纳普里河底后，大潮差、高埋深的特点，高标贯的密实砂层给盾构掘进带来了极大的困难，强大的被动土压力和尾盾刚度的不足成为本次尾盾变形的“罪魁祸首”。

原因找到了，大家便开始针对不足，迅速行动起来，第一件事便是对盾构机整体状态做系统全面的评估。考虑到尾盾刚度不足，翟世鸿制定了一套环形顶推工装，配合盾尾开孔放砂减压的矫正方案。然而，孟加拉国物资匮乏，环形工装只能在国内加工，受到国内新冠病毒疫情影响，该套方案的实施周期较长。经项目部及盾构脱困技术小组协商，决定采用现场加工简易双拼梁顶推配合盾尾开孔放砂减压的新版方案，环形工装方案作为备选方案。在大家的共同努力下，这个棘手的问题终于慢慢被大家征服了。

驻场专家吴忠善说：“一步一个脚印，终究有看到日出的一天。”于是，紧张的方案论证和现场施工开始了。

技术组成员对千斤顶推力的矫正效果、双拼梁和尾盾的结构安全性能做了数模分析和评估，论证结果表明该套方案同样有效可行，盾尾变形矫正施工工艺顺利实施。矫正施工过程中，依托技术中心在结构监测方面的优势，驻场人员钟涵、张飞雷对双拼梁和尾盾焊缝实施了自动化应力监测，实时监测顶推矫正过程中工装和尾盾的健康状况；对不同顶推力和顶推矫正形式下的工装和盾构机做结构验算；注重顶推矫正过程中的数据收集和整理……

经过紧张的一个多月的顶推矫正，尾盾变形基本恢复，盾尾间隙满足管片拼装需求，盾构机尾盾变形矫正工作圆满完成。

 

技术助力脱困复推

一个多月的顶推矫正最终迎来了圆满的结果，但这个过程中确是充满了艰难困阻，意外和困难总是不经意就到来。

在尾盾矫正过程中，现场人员发现，通过开孔放砂发现有区域性的附着物包裹在尾盾盾壳外周，致密且硬。包裹体的存在会导致盾构复推过程中，盾构机姿态失控，尾盾变形问题复发。包裹体去除和复推后的姿态控制成为下一步技术工作的重点。

“硬的我们就泡软它，包裹住了我们就 ‘剥’掉它！”翟世鸿建议说。

通过分析试验，现场采取开孔冲水放砂、注入净化水浸泡、加热尾盾钢板等方法尽量消除包裹体。技术中心通过尾盾矫正过程中千斤顶推力、开孔位置分布、开孔取芯厚度等数据，结合盾构机所处地层，进行了反演分析，得到了包裹体在不同推进形式下对尾盾变形和盾构姿态的影响。盾构脱困技术组结合盾构机状态和对包裹体的认识，制定了一系列盾构脱困试掘进的措施：尾盾变形区打孔放砂，降低外包体周边的压力；尾盾变形区对侧开启仿形刀，控制盾构姿态；径向孔注入膨润土减阻，减小盾构推力；尾盾焊缝及盾壳上安装全自动应力监测系统，监测盾构机掘进的健康状况等……

基于理论分析和现场试验，盾构机开启了试掘进脱困。试掘进过程中，技术中心驻场人员跟踪每一环掘进的盾构姿态及尾盾圆度变化，绘制盾构姿态变化曲线及尾盾圆度变化对比图，为每一环脱困试掘进提供依据和思路。在超过30环的脱困试掘进后，盾构掘进基本恢复正常，变形和姿态得以控制，盾构掘进速度恢复正常。

为避免孟加拉隧道盾构掘进复推后，同样的技术难题再次出现，翟世鸿继续带领技术中心盾构技术团队根据盾尾变形矫正和脱困的数据，建立“盾构+包裹体”模型，指导后续盾构姿态调整、变形控制；建立盾构掘进控制措施和关键控制指标相对关系的力学模型。

科技引航，技术中心助力孟加拉隧道项目顺利脱困复推，科技巧解盾尾“变形”计，再一次验证了中交二航局攻坚克难的能力。（钟涵、杨擎）