我国"启明号"竖井掘进机创世界新纪录 高铁隧道建设实现重大技术突破

问题:大江大河下穿工程建设,对竖井施工提出更高要求。崇太长江隧道全长14.25公里,设置3座竖井,其中2号竖井位于长江南岸大堤附近,距堤线约200米,处于临江漫滩地貌与高地下水位环境,且与长江水系连通性强。竖井直径达24.0米、掘进深度56.08米,属于超深富水圆形竖井。此类工程面临地层扰动敏感、涌水风险高、作业空间受限等多重挑战,施工安全、工期与质量控制难度显著增加。同时,2号竖井还是“领航号”盾构机接收与二次始发的关键节点,其进度和质量直接牵动后续主线掘进组织与风险管控。 原因:传统竖井施工大直径、富水、复合地层条件下,往往依赖人工与分散工序,存在“看不见、测不准、控不稳”的痛点:一上,井下作业环境复杂,监测与测量易受水压、泥浆与空间条件影响;另一方面,开挖、支护、出渣等工序衔接不畅,易造成效率波动并放大安全风险。为破解上述难题,建设单位与施工单位以装备定制化为牵引,根据工程地质、水文与工艺要求,研发匹配的超大直径竖井掘进装备与配套工法,通过系统集成提升“机械化替人、智能化减人”的整体能力。 影响:为2号竖井量身打造的“启明号”开挖直径24米,最大开挖深度可达75米,集成主驱动、支腿撑紧、截割双臂等关键系统,具备自主下沉、导向控制、环境控制与感知控制等能力,并实现掘进与衬砌同步拼装的协同作业。施工数据显示,“启明号”在高水压复合地层中形成“掘、支、运”一体化组织,日掘进最高达4米、平均约2.7米,顺利完成56.08米掘进任务,实现“当月始发、当月完成”,并刷新高铁竖井掘进机领域直径最大、速度最快纪录。更重要的是,这个成果不仅是单点纪录,更体现出在复杂水文地质条件下的稳定控制能力,为关键节点工程提供了更可控、更高效的实施路径。 对策:面向深大竖井建设的共性难题,实践表明需坚持“装备—工法—组织—监测”一体推进。其一,围绕复杂地层和高水压环境,提升装备的抗扰动能力与多系统协同可靠性,把风险控制前移至设计与制造环节;其二,强化过程感知与数据闭环,通过导向、沉降、姿态与环境参数的综合监测,提高决策的及时性与准确性;其三,优化工序组织,推动掘进、支护、运输的连续化协同,减少人员在高风险空间的暴露时间,逐步实现“井下无人化、井上少人化”;其四,完善应急与安全体系,针对涌水、突泥、设备异常等情形建立标准化处置流程,以制度化措施巩固技术优势,确保在不同工点可复制、可推广。 前景:当前,我国基础设施建设正从“规模扩张”转向“质量效益与安全韧性并重”,跨江越海通道、城市轨道与综合管廊、地下综合枢纽等项目不断增多,深层地下空间开发对大直径竖井需求将持续上升。“启明号”所形成的成套装备、工艺与组织经验,预示着竖井施工正由依赖经验的分段作业,向高集成度的机械化、智能化体系演进。随着关键部件国产化水平提升、施工标准体系逐步完善以及多场景工程验证的积累,超大直径超深竖井施工有望在更复杂的富水地层与敏感环境中实现更高的安全冗余与效率边界,为重大工程建设提供更成熟可靠的技术支撑,也为地下空间高质量利用提供更稳固的工程能力底座。

"启明号"的成功完成掘进任务——不仅是一项工程成就——更是我国自主创新能力的生动体现。从"看不见、测不准"的难题到"有人值守、无人操作"的智能施工,该转变凝聚了中国工程技术人员的智慧与汗水。面向未来,随着更多类似的自主创新装备投入应用,我国在地下工程、基础设施建设等领域的技术水平必将不断提升,为经济社会发展提供更加坚实的支撑。