科技巧解“變形”計(jì)

 

孟加拉國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月15日，由公司承建的孟加拉國(guó)卡納普里河水下盾構(gòu)隧道項(xiàng)目持續(xù)“走在快速路”，連續(xù)十天每日掘進(jìn)6環(huán)（環(huán)寬2米）以上。回首過(guò)去的3個(gè)月，孟加拉隧道項(xiàng)目經(jīng)歷了重重難關(guān)并逐個(gè)擊破，贏下了一場(chǎng)硬仗。

 

突如其來(lái)的年終“考驗(yàn)”

孟加拉隧道項(xiàng)目地處近海域、大潮差和高富水的復(fù)雜地層，部分淤泥質(zhì)黏土層流塑性大，砂層密實(shí)度高、石英含量高，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工造成極大困難。

2019年12月13日，當(dāng)孟加拉項(xiàng)目盾構(gòu)掘進(jìn)613環(huán)完成后回縮油缸，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員朱貴胤突然聽見(jiàn)伸縮油缸有異響傳來(lái)。隨即他便帶領(lǐng)值班人員觀察異響處，發(fā)現(xiàn)尾盾導(dǎo)向條與推進(jìn)油缸撐靴發(fā)生剮蹭。經(jīng)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)尾盾盾體多處發(fā)生變形，最大變形處向內(nèi)凹陷67mm。尾盾、推進(jìn)油缸撐靴和管片相互擠壓，盾構(gòu)機(jī)受困，項(xiàng)目被迫停工。

孟加拉隧道項(xiàng)目是“中印孟緬”經(jīng)濟(jì)走廊的大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，影響力重大，盾構(gòu)掘進(jìn)的每一步必須保質(zhì)保量完成。自2019年初始發(fā)以來(lái)，項(xiàng)目左線隧道先后遇到并克服了隧道上浮、刀具磨損、推力過(guò)大、尾刷更換、水平姿態(tài)糾偏等難題。

在這迎接2020新年的最后十幾天里，大家卻收到了一個(gè)棘手的年終“考驗(yàn)”。

 

撥開云霧見(jiàn)日出

意外的產(chǎn)生迅速引起了大家的重視。中交集團(tuán)成立了以王建副總經(jīng)理為指揮長(zhǎng)的孟加拉隧道項(xiàng)目盾構(gòu)脫困應(yīng)急指揮組，二航局迅速響應(yīng)集團(tuán)，成立了以施志勇總工程師為組長(zhǎng)的孟加拉隧道項(xiàng)目盾構(gòu)脫困技術(shù)組。二航局技術(shù)中心作為盾構(gòu)脫困技術(shù)組的攻堅(jiān)力量，為孟加拉隧道項(xiàng)目盾構(gòu)脫困提供技術(shù)支持。

“問(wèn)題產(chǎn)生了我們就找出發(fā)生的原因，根據(jù)原因再去針對(duì)它、擊破它！”技術(shù)中心總工程師翟世鴻鼓勵(lì)大家。

2020年12月14日，“變形”到來(lái)的第二日，翟世鴻迅速組織中心盾構(gòu)方向和結(jié)構(gòu)方向技術(shù)骨干和武港院技術(shù)人員，召開盾構(gòu)變形矯正和脫困專題會(huì)議。從尾盾變形原因、變形狀態(tài)評(píng)估、尾盾矯正措施和應(yīng)急處置等方面著手，為項(xiàng)目制定了一套完整的尾盾變形矯正及脫困方案。根據(jù)會(huì)議指示，技術(shù)中心駐場(chǎng)技術(shù)人員鐘涵、張飛雷收集了尾盾變形前盾構(gòu)掘進(jìn)相關(guān)數(shù)據(jù)及資料，供盾構(gòu)脫困技術(shù)小組做盾尾變形原因分析。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和大量的數(shù)據(jù)資料分析后，大家發(fā)現(xiàn)，孟加拉隧道項(xiàng)目地處高富水的復(fù)雜地層，部分淤泥質(zhì)黏土層流塑性大，砂層密實(shí)度高、石英含量高，尤其是盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入卡納普里河底后，大潮差、高埋深的特點(diǎn)，高標(biāo)貫的密實(shí)砂層給盾構(gòu)掘進(jìn)帶來(lái)了極大的困難，強(qiáng)大的被動(dòng)土壓力和尾盾剛度的不足成為本次尾盾變形的“罪魁禍?zhǔn)住?/span>。

原因找到了，大家便開始針對(duì)不足，迅速行動(dòng)起來(lái)，第一件事便是對(duì)盾構(gòu)機(jī)整體狀態(tài)做系統(tǒng)全面的評(píng)估?？紤]到尾盾剛度不足，翟世鴻制定了一套環(huán)形頂推工裝，配合盾尾開孔放砂減壓的矯正方案。然而，孟加拉國(guó)物資匱乏，環(huán)形工裝只能在國(guó)內(nèi)加工，受到國(guó)內(nèi)新冠病毒疫情影響，該套方案的實(shí)施周期較長(zhǎng)。經(jīng)項(xiàng)目部及盾構(gòu)脫困技術(shù)小組協(xié)商，決定采用現(xiàn)場(chǎng)加工簡(jiǎn)易雙拼梁頂推配合盾尾開孔放砂減壓的新版方案，環(huán)形工裝方案作為備選方案。在大家的共同努力下，這個(gè)棘手的問(wèn)題終于慢慢被大家征服了。

駐場(chǎng)專家吳忠善說(shuō)：“一步一個(gè)腳印，終究有看到日出的一天。”于是，緊張的方案論證和現(xiàn)場(chǎng)施工開始了。

技術(shù)組成員對(duì)千斤頂推力的矯正效果、雙拼梁和尾盾的結(jié)構(gòu)安全性能做了數(shù)模分析和評(píng)估，論證結(jié)果表明該套方案同樣有效可行，盾尾變形矯正施工工藝順利實(shí)施。矯正施工過(guò)程中，依托技術(shù)中心在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)，駐場(chǎng)人員鐘涵、張飛雷對(duì)雙拼梁和尾盾焊縫實(shí)施了自動(dòng)化應(yīng)力監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂推矯正過(guò)程中工裝和尾盾的健康狀況；對(duì)不同頂推力和頂推矯正形式下的工裝和盾構(gòu)機(jī)做結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；注重頂推矯正過(guò)程中的數(shù)據(jù)收集和整理……

經(jīng)過(guò)緊張的一個(gè)多月的頂推矯正，尾盾變形基本恢復(fù)，盾尾間隙滿足管片拼裝需求，盾構(gòu)機(jī)尾盾變形矯正工作圓滿完成。

 

技術(shù)助力脫困復(fù)推

一個(gè)多月的頂推矯正最終迎來(lái)了圓滿的結(jié)果，但這個(gè)過(guò)程中確是充滿了艱難困阻，意外和困難總是不經(jīng)意就到來(lái)。

在尾盾矯正過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)開孔放砂發(fā)現(xiàn)有區(qū)域性的附著物包裹在尾盾盾殼外周，致密且硬。包裹體的存在會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)復(fù)推過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)失控，尾盾變形問(wèn)題復(fù)發(fā)。包裹體去除和復(fù)推后的姿態(tài)控制成為下一步技術(shù)工作的重點(diǎn)。

“硬的我們就泡軟它，包裹住了我們就 ‘剝’掉它！”翟世鴻建議說(shuō)。

通過(guò)分析試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)采取開孔沖水放砂、注入凈化水浸泡、加熱尾盾鋼板等方法盡量消除包裹體。技術(shù)中心通過(guò)尾盾矯正過(guò)程中千斤頂推力、開孔位置分布、開孔取芯厚度等數(shù)據(jù)，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)所處地層，進(jìn)行了反演分析，得到了包裹體在不同推進(jìn)形式下對(duì)尾盾變形和盾構(gòu)姿態(tài)的影響。盾構(gòu)脫困技術(shù)組結(jié)合盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)和對(duì)包裹體的認(rèn)識(shí)，制定了一系列盾構(gòu)脫困試掘進(jìn)的措施：尾盾變形區(qū)打孔放砂，降低外包體周邊的壓力；尾盾變形區(qū)對(duì)側(cè)開啟仿形刀，控制盾構(gòu)姿態(tài)；徑向孔注入膨潤(rùn)土減阻，減小盾構(gòu)推力；尾盾焊縫及盾殼上安裝全自動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的健康狀況等……

基于理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，盾構(gòu)機(jī)開啟了試掘進(jìn)脫困。試掘進(jìn)過(guò)程中，技術(shù)中心駐場(chǎng)人員跟蹤每一環(huán)掘進(jìn)的盾構(gòu)姿態(tài)及尾盾圓度變化，繪制盾構(gòu)姿態(tài)變化曲線及尾盾圓度變化對(duì)比圖，為每一環(huán)脫困試掘進(jìn)提供依據(jù)和思路。在超過(guò)30環(huán)的脫困試掘進(jìn)后，盾構(gòu)掘進(jìn)基本恢復(fù)正常，變形和姿態(tài)得以控制，盾構(gòu)掘進(jìn)速度恢復(fù)正常。

為避免孟加拉隧道盾構(gòu)掘進(jìn)復(fù)推后，同樣的技術(shù)難題再次出現(xiàn)，翟世鴻繼續(xù)帶領(lǐng)技術(shù)中心盾構(gòu)技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)盾尾變形矯正和脫困的數(shù)據(jù)，建立“盾構(gòu)+包裹體”模型，指導(dǎo)后續(xù)盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整、變形控制；建立盾構(gòu)掘進(jìn)控制措施和關(guān)鍵控制指標(biāo)相對(duì)關(guān)系的力學(xué)模型。

科技引航，技術(shù)中心助力孟加拉隧道項(xiàng)目順利脫困復(fù)推，科技巧解盾尾“變形”計(jì)，再一次驗(yàn)證了中交二航局攻堅(jiān)克難的能力。（鐘涵、楊擎）