全球首条特高压穿越长江综合管廊贯通 创多项第一

8月21日，淮南—南京—上海1000千伏交流特高压输变电工程苏通GIL综合管廊工程(以下简称“苏通GIL综合管廊工程”)正式贯通。

 

淮南—南京—上海1000千伏交流特高压输变电工程是国务院大气污染防治行动计划重点建设的12条输电通道之一，是华东特高压主网架的重要组成部分。建成后，淮南—南京—上海工程将与已投运的皖电东送淮南—皖南—上海工程一起，形成贯穿皖、苏、浙、沪负荷中心的华东特高压交流环网，这也是世界首个特高压交流双环网，将大幅提高华东电网接纳区外来电能力，提升电网安全运行水平，对于促进华东地区和江苏省经济社会可持续发展、进一步提升我国电力技术水平具有重要意义。

 

工程起于北岸(南通)引接站，止于南岸(苏州)引接站，隧道长5468.5米，盾构直径12.07米，是穿越长江的大直径、长距离过江隧道之一。工程投资47.63亿元，计划2019年建成投运。由国家电网投资建设、中铁十四局集团施工。

 

 

华东地区淮南—南京—上海之间特高压交流实现双环网，以穿江隧道方式过江，被誉为电力建设史上的创举。

 

什么是“GIL”？

 

在地下隧道中铺设气体绝缘金属封闭输电线路(Gas-insulated Metal Enclosed Transmission Line)，简称GIL。GIL，即气体绝缘金属封闭输电线路，采用金属导电杆输电，并将其封闭于接地的金属外壳中，通过压力气体绝缘。

 

与常规电缆相比，GIL具有传输容量大、损耗低、人身安全水平高、电磁场极低、不受环境影响、运行可靠性高、节省占地、无电(热)老化等显著优点，尤其适合作为架空输电方式或电缆送电受限情况下的补充输电技术。即使是从经济的角度考虑，GIL在大容量高电压场合，其投资低于电缆，维护费用比电缆低。

 

 

“卓越号”盾构机2017年6月28日始发掘进。

 

为什么是“穿越”而不是“跨越”？

 

这里长江江面宽阔，最窄的地方接近5000米。如果采用传统方式上跨建塔的方案，水中先建设双塔，每个塔高设计到450米，一座塔底的基坑相当于27个标准篮球场，需要钢筋混凝土20多万立方米，限制低空，影响航运；江中塔基长期受到江水冲刷，每年还要用石子填充塔基，这对江苏港口建设、基础设施建设等都会产生影响。

 

“长江主航道每天3000多艘大型船只穿行，架空跨越方案的技术经济性优势不明显、施工风险高。”江苏省电力公司对此做了充分的研究。

 

而隧道具有对周边环境影响小、运行维护造价低的优点。以中国工程院院士钱七虎为组长的专家组充分论证，综合考虑江苏这一段的地理条件和长远经济发展的考虑，国家电网公司决定采用隧道方式过江。

 

 

隧道剖面示意图。

 

穿越长江靠什么？

 

盾构机，21世纪挖隧道最常用的“神器”。相比人工隧道掘进，它具有安全、环保、速度快、效率高等特点，近年来被广泛应用于穿江越河隧道建设中。盾构机通过自动管片支撑、机械拼装等工艺，穿越出一条长长的隧道，因此，盾构机被人们形象比喻为“穿山甲”“钢铁蚯蚓”。一台盾构机价值上亿元，集自动化、智能化于一体，涵盖地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术。

 

用于该工程的“卓越号”盾构机，是在中铁十四局集团与德国海瑞克大直径盾构领域十几年良好合作关系，核心技术彼此支撑的基础上，根据工程实际“量身定制”的盾构机。

 

这个项目面临的最大挑战是高水压和江底复杂多变的地质状况。江中地质条件复杂，具有高透水性、高密实度、高石英含量等特点，隧道将穿越长江大堤、长距离沼气地层、江中冲槽段，技术难度大、施工风险高。

 

 

联合研制的“卓越号”盾构机，生产制造和现场组织调试周期都创造了新的世界纪录。

 

盾构机开挖直径12.07米，设备总长140米，后配套5个车架，掘进过程中，由22对液压缸提供高达156000千牛的推力，使刀盘切入隧道掌子面向前掘进。对该项目盾构施工地层中不可避免的沼气层，借鉴瑞士SUVA矿用安全规范，盾构机特别配备了主动应对有害气体的专项设备以实现沼气探测、预警以及防爆功能。

 

刀具采用先行刀+刮刀的多层次刀具设计，212把镶嵌有钨钼合金的贝壳形先行刀和刮刀进行掌子面切割，确保开挖效率。刀盘采用5副刀臂设计，提升开口率至36%。整个隧道安装2734环管片，开挖和清除的渣土合计约62.5万立方米。中央控制室，所有重要数据和实时掘进参数都直观地显示在监视器上，操作手对基本自动化的操作过程进行监控，必要时加以干预和调整。

 

 

综合管廊内部布置图。

 

工程创造的世界、国内“第一”到底有多少？

 

苏通 GIL 综合管廊长江隧道工程，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的超长距离GIL创新工程，是全球首次将大直径盾构隧道应用于电力管廊工程。

 

中铁十四局项目负责人陈鹏介绍说：“隧道最低点标高-74.83米，最大水土压力达到9.8巴，是目前国内埋深最深，水压力最高的电力越江隧道。”水土压力达到9.8巴，相当于一头成年大象站立在普通汽车单个座位上，对盾构机、施工人员的安全，都是新的世界级挑战。“以前我们施工的南京长江隧道，水深63米，这座隧道开辟了新的纪录。”陈鹏说。

 

隧道穿越高磨蚀石英砂及强渗透地层，是目前国内独头掘进距离最长的隧道。勘探资料显示，隧道要穿越1780米富含有害气体地层。

 

江底掘进，也是大直径越江隧道施工风险最高的电力综合管廊。

 

为攻克世界级难题，在中国工程院院士钱七虎为组长的专家组指导下，联合研制适应地质、承压和有害气体地层的盾构机，对盾构机、照明和排气系统等进行了防爆设计和改造。

 

自2017年6月28日盾构机始发掘进到贯通，用时14个月，日均掘进14.12米，月均417米，创造了世界大直径盾构隧道施工新纪录(国内同类工程历史最高平均速率日掘进11.6米，月进度348米)。整条隧道无一渗漏点，钱七虎院士称赞此隧道是目前国内现场管理最好、实体质量最优、建设进度最快的行业标杆工程。

 

 

隧道施工场景。

 

大盾构与南京的不解之缘

 

南京注定是大盾构公司的福地。作为大盾构公司的开山之作，南京长江隧道代表了中国当今水下隧道的扛鼎之作。凭借在南京长江隧道积累的先发优势，大盾构公司先后参建了南京地铁10号线过江隧道、扬州瘦西湖隧道、武汉地铁8号线长江隧道、京沈高铁望京隧道、芜湖穿长江隧道等一大批大直径盾构隧道工程，同时，也相继中标南京地铁南北线一期工程、南京宁溧、宁和、南京地铁7号线等一批地铁项目。2016年8月，十四局集团公司党委基于做强做大做专大盾构板块的战略需要，按照“专业+聚焦”原则，在南京成立国内首家大盾构工程公司。

 

目前长江在建穿江隧道5个，中铁十四局大盾构公司承建了4个。作为南京本土企业，大盾构公司先后承建的南京长江隧道、南京地铁10号线过江隧道、武汉地铁8号线越江隧道等超大直径和大直径水下盾构隧道工程已通车运营。苏通GIL综合管廊工程已实现洞通、南京五桥夹江隧道进展顺利。

 

被誉为“扛鼎之作”和“万里长江第一隧”的南京长江隧道工程，代表了当今中国水下大盾构隧道建设的最高标准，两项成果获“国家科技进步二等奖”，并荣获“鲁班奖”“詹天佑大奖”和“国优金奖”。

 

南京过江地铁10号线过江隧道，采用世界首创“小空间常压换刀技术”，荣获“国家技术发明奖”。

 

武汉地铁8号线越江隧道，是世界上最大的单管双线地铁越江隧道，攻克常压下滚齿刀具互换等技术难题，创造了大直径泥水平衡盾构机月掘进688米的世界纪录。

 

华东地区淮南—南京—上海之间特高压交流实现双环网，以穿江隧道方式过江，被誉为电力建设史上的创举。

 

苏通GIL综合管廊工程，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的超长距离GIL创新工程。

 

南京五桥夹江隧道，是在建的穿越长江的最大直径盾构隧道工程。

 

在超大直径和水下盾构施工领域，中铁十四局大盾构公司率先在国内实现5个“全覆盖”：穿越“江河湖海城”全覆盖、地质条件全覆盖、涉足行业全覆盖、盾构直径全覆盖和施工工艺全覆盖。创新并应用大直径盾构洞内回拖、洞内始发接收、钻爆+盾构空推、江中溶洞勘查与处理、海上钻爆处理孤石和基岩突起、江面海面注浆固结、常压换刀、带压进仓、自旋式水刀泥饼切割、泥浆絮凝绿色处理、衡盾泥置仓等特殊工艺，形成150余项发明专利和创新工法。

 

针对大盾构产业链条中的分段业务，“五位一体”护航大盾构施工，坚持“图纸设计+施组设计”设计模式；“厂家研发+自主研发”研发模式；“工厂制造+专业监造”盾构机采购模式；“现场管控+远程监控”施工监管模式；“技术中心+专家团队”科技攻关模式。

 

大盾构公司树立“科技强企、创新兴企”的发展理念，率先研发大盾构施工数字监控系统，建立了十四局盾构数据监控指挥中心，实现全国盾构类施工项目的联网监控。聘请钱七虎、梁文灏、史玉新等多名专家、院士，组成专家组远程指导，对工程难点进行“专家把脉”、对工程“险情”快速排除、对安全隐患及时整改，充分利用大数据分析、智能预警控制等先进手段，在盾构姿态预警、日累掘进分析、换刀情况分析、泥水环流监控和安全风险监控等方面成效显著，大大增强了对施工现场管控能力，提高了关键环节施工作业安全。

 

此外，大盾构公司还与西南交大、北京工业大学、同济大学等高校及权威科研机构合作，建立盾构技术研发中心。双方在安全作业智能识别、盾构掘进预警、地质地层信息数字化、结构安全评估预警及施工渣土精细化控制等方面开展深入合作，将盾构施工技术向“智能化”“半智能化”方向提升。

 

中铁十四局集团大盾构公司聚焦“引领全球建设发展，缔造人类梦想奇迹”的企业愿景，聚力“穿越江河湖海城，做大盾构事业领跑者”的奋斗目标，为“强富美高”新江苏建设做贡献。