卡纳普里河底的“矛盾”之战

  “盾构机掘进至第1012环，参数一切正常！”随着盾构机成功穿越右线“铁板砂”地层，监控室内一片欢呼。时任中国交建孟加拉国国父隧道S2段项目负责人韩晓明难掩激动：“我们填补了南亚地区水下大直径盾构穿越复杂地层，尤其是长距离铁板砂地层掘进的技术空白，‘中国隧’在海外全产业链建设迈出了坚实的一步。”

  孟加拉国国父隧道全长约9.3公里，其中江底盾构隧道长约2.45公里，下穿卡纳普里河，是全线施工最艰难的关键控制工程。2019年6月7日，盾构机在左线公里、硬比铁板的全断面粉细砂层。项目总工何源回忆说：“我们对穿越‘铁板砂’地层早有准备，调整掘进参数、控制盾构姿态均是常用手段。但厚达1公里的‘盾’让一向无坚不摧的盾构机举步维艰，穿江掘进多次受阻。”

  位于入海口的卡纳普里河由于受水流筛选和搬运堆积，地质结构较为复杂，尽管有地勘报告，可在盾构掘进过程中，诸多艰险地况仍让人始料未及。

  掘进至294环时，盾构机推力达到12522吨，已超出原有设计理论推力约1220辆家用小汽车的重量。项目团队按计划向盾体孔径注入浓膨润土浆，给土层加入“润滑油”，推力仅减小约200辆小汽车的重量，仍有不明原因引发的推力异常。

  “盾构机根本没办法掘进，一往里推，刀具就会磨损、盾尾变形，甚至盾构机‘报废’。”何源说。

  传统应对手段均败下阵来，盾构机依然“龟速”推进。经过多次研讨和数据分析，团队决定利用开仓换刀的机会，通过BIM建模等方式，对盾构机刀盘上的9种类型共531把刀具，重新选型配比，设置合理开挖直径梯度，以发挥每把刀的作用来减小推力。

  308环时，团队通过892次开仓换刀重建的刀具选型配比在掘进中初显成效。100米试掘进中，推力明显降低，盾构姿态控制也更加灵敏。接下来，盾构机将在铁板砂地层中，下“陡坡”穿越深槽沟段。

  受潮差和水流速度影响，长约50米的深槽沟最大水压超过5巴，相当于指甲盖大小面积上承重5公斤。同时，该区域覆土最薄处约17米，最大水深约20米，透水性极强，对盾构机切口压力和盾构机推力的控制要求近乎苛刻。此外，根据地质报告推测，深槽沟段有大量卵石地层、旧船沉锚、硬质金属物等，都将对刀盘导致非常严重磨损、卡顿。

  团队通过对刀具磨损量的反复计算和验证，发现以刀盘直径和盾体直径为定量，刀盘开挖直径每增加5毫米，推力明显降低，开挖直径增加30毫米时，每掘进100米最外周刮刀磨损约20毫米，推力符合理论值。

  连续120个小时，盾构机成功穿越深槽沟段。历时10个月，如履薄冰的盾构机终于攻克了地质条件极端复杂的铁板砂地层，驶向了河对岸的上坡路。

  来不及庆祝，团队立即总结左线盾构掘进数据，分析贯通后刀盘刀具磨损情况，结合孟加拉国施工条件研究提出，开挖直径大于盾体直径80至100毫米、设置不一样刀高梯度、用栓接替换焊接固定最外周刮刀等方法能大大降低刀具磨损。

  此外，为最大限度延长核心刀具在铁板砂地层中的常规使用的寿命，团队还创新设计出“L型”重型先行刀与转角刮刀替换原先行刀，使刀盘开挖直径增加约40毫米，最大限度上增强刀具耐磨性。

  刀具改造后的盾构机顺利从右线个月后右线个多月，且在整个掘进过程中实现了刀具零更换、尾刷零更换，成功破解了复杂地层掘进必换刀、换刀必然周期长、风险高、成本投入高的行业难题。

  “刀具优化改造后效率提升约45%，节约了实施工程的成本，安全系数也大幅度的提升，我们打赢了这场‘矛盾’之战，也为以后同类项目的施工提供了宝贵的实践经验。”韩晓明感慨道。（中国交建）