如何在长江之下建一座艺术品？

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江阴靖江长江隧道

在江阴长江大桥上游5公里的江面之下，一座直径达16米级的超大直径盾构隧道正在稳步掘进，浑然天成的成型隧道宛如一段凝固的音乐静卧在江底，让人由衷感叹工业建筑之美。

这里是中铁十四局江阴靖江长江隧道施工现场，双向六车道高速公路，全长约6445米，开挖直径达16.09米，是国内在掘进的最大直径盾构隧道，是名副其实的世界级隧道工程。

江阴靖江长江隧道线路示意图

在艺术品的颜值背后，是一串近乎苛刻的数字：

• 2毫米： 管片拼装错台规范要求环缝15毫米以内、纵缝10毫米以内，他们做到了平均值2毫米以内，施工精度提高6至10倍；
• 80项规范： 在国家规范规定676项标准基础上，他们增加执行更高规范标准80项；
• 1种颜色： “同环同模同序”质量管控模式，管片按照生产顺序拼装，消除了因批次产生的色差问题；
• 2万人： 开工两年半以来，累计迎接800多次、2万多人调研观摩，施工现场时刻保持一尘不染，施工进度持续稳产高产；
• 一系列成果： 目前已形成论文成果25篇，发明专利1项、实用新型专利5项，省级工法2项……

所以要怎么做，才能建成一条世界级艺术品般的超级隧道呢？

江阴靖江长江隧道效果图

 Step1：消灭色差 ！ 消灭渗漏 ！

10块管片拼装成1环，江阴靖江长江隧道将由2476环管片环环相扣而成，加上敞开段、过渡段，如何做到浑然天成？ 他们定了一个小目标：没有色差、滴水不漏。

然而就是这一目标，需要工艺、材料、 管理 等方方面面的系统性革新。

■ 消灭管片色差，2476环浑然天成

不同批次的管片有色差、误差，拼出来的隧道便 也 有了色差、错台。

该项目工程师们决心解决色差问题， 在行业内首次采用“同环同模同序”质量管控模式 ，即：保持同一环管片使用同一套模具、在同一天生产，生产序号即是拼装序号，有效解决管片“斑马”色差、拼装破损等问题。

成型隧道无色差

要实现这个目标，需要协同原料、生产、养护、仓储、运输、堆场、拼装等各个环节。团队研发成套数字系统，打通各个环节， 每一环管片上都贴有二维码“身份证”，扫码就可读取原料、生产、养护、仓储和物流信息，用全周期数字赋能，对全生产环节进行改造，实现了这一目标。

管片全流程数字化管控

用这一理念建造的隧道不仅没有色差，拼装误差也更小，精度相比其他同类工程提高了十倍！

■  消灭工作井渗漏，30米级深基坑滴水不漏

盾构工作井渗漏是一项行业难题。动辄20、30米的超大深基坑，必须用到特殊支撑体系，但是这样的工艺又限制了侧墙浇筑振捣空间，进而影响混凝土密实性，产生空隙，导致地层水流出，造成大量水痕……总之，这是痼疾。

盾构井超大深基坑滴水不漏

工程师们又出手了。面对盾构始发工作井深29.7米、宽56米、墙厚1.5米，单次浇筑最大高度5.15米的挑战，他们基于“水化-温度-湿度-约束”多场耦合机制的抗裂性评估方法。经过6个阶段、40多次试验，确定了混凝土扩展度、倒塌、自密实砼对侧墙模板侧压力等各项性能指标。他们以极为苛刻的标准，从全国各地上百种原材料中，反复筛选出最适合的材料。

最终，他们 在国内首次采用大流态自密实砼施工工艺 ，工作井侧墙历时103天顺利浇筑完成，无一渗漏。

同时通过FGM检测技术，对地下连续墙的接缝、墙体等既有状态进行检测并形成结果报告，将基坑渗漏水隐患消除于开挖之前。

■  消灭过渡段色差，清水混凝土天然去雕饰

清水混凝土实体

在隧道敞开段和过渡段施工中，他们在行业内首次采用清水混凝土工艺，经过上千次试验，最终从60组数据中获得了一套可用于实体施工的配合比、指导书及操作手册。16万立方米混凝土无任何开裂和渗漏，主体结构侧墙及顶板光洁细腻、美观白亮，达到了不需“装饰”的效果。

目前，围绕该工艺已形成套工法、标准、专利，实打实推动了行业进步。

 Step2： 预先善其事，必先利其盾构机 

“爆改”是个网上很火的词汇，指通过改造、改装，获得更好的性能，常见于车辆、房屋装修。但“爆改”价值几个亿的盾构机，大家见过吗？

江阴靖江长江隧道的工程师们根据工程实际情况，结合大量工作经验，对盾构机设计、制造方案进行优化，并在掘进中持续改进，让盾构机性能大幅提高。

■  盾构机镶“钻”，真硬！

隧道最深处距江面82米，江底地层富含中粗砂夹杂粉细砂，并混合钙质胶结物，在“硬茬”面前，盾构机刀具磨损严重，极大影响盾构掘进效率。

在这场“硬碰硬”的较量中，他们与刀具厂家、设计院联合研发，将普通刀具改成大合金刀具，最后又在刮刀刀刃上镶嵌金刚石，打造了世界上目前最硬的刀具，比普通刀具使用寿命延长10倍，可在高石英含量的砂土地层掘进3000米不换刀，真正武装到“牙齿”。

 

工程师小哥哥介绍镶“钻”刀具

■  原创 同步 双液浆，真快！

在盾构施工中，管片上浮是造成质量问题的重要原因，进行注浆施工是解决这一问题的普遍方式。但是在超大直径盾构施工中，传统注浆方法差强人意。

在这里，工程师们 与高校联合研发的超大直径泥水平衡盾构同步双液注浆关键技术。两根注浆管分别传输两种浆液，在盾尾“相遇”后， 仅10多秒就成为胶凝状，并在短短30分钟内形成早期强度。如此一来，有效控制了管片上浮。

研发团队将这项技术成功应用于北京东六环改造工程隧道、江阴靖江长江隧道建设，填补了我国超大直径泥水盾构隧道同步双液注浆的空白。

双液浆性能试验

■  自己“思考”的盾构机，真智能！

在盾构机核心区域，一组环绕隧道内壁的轨道格外引人注目，两台精密仪器正自主工作，这是他们联合研发的双液浆壁后检测设备，采用地质雷达扫描技术，相当于连续不断给隧道做“CT”，实时智能化检测管片外注浆效果。

双液浆壁后检测设备

此外，还通过SSP-E超前地质探测系统，对掌子面前方40米内的异常物体进行测量，并自动处理分析数据，及时发现提前处理。该系统是一种首次完全与盾构机整合在一起的智能化地质超前预报系统，减少掘进期间未知风险。

盾构机超前地质预报

  Step3： “数字孪生”的“云上隧道” 

在这里，一座“数字孪生”的“云上隧道”也在同步“掘进”。

走进江阴靖江长江隧道智慧管理指挥中心，一台数字“盾构机”跃然眼前，掘进参数、安全质量管控、作业人员、监测数据等实时更新，关键工序可以直接操控。与此同时，这些信息也即时更新在管理人员的手机客户端上，和200公里外位于南京的中铁十四局大盾构公司智慧管控中心大屏上。

隧道工程智能监控数据管理平台

■  万物互联的系统生态

万物互联，数据上云。对施工管理进行深度数字化改造，他们将人机料法环各管理单元数据与BIM协同平台、物联网、互联网等信息技术互联互通互融，打破了“数据孤岛”，为现场高效管控注入强大数智基因。

“云上隧道”并不是孤立的数字模型，而是一套完整开放的工程系统，设置了丰富接口，向下兼容设备、仪器、厂房等数据，向上对接业主平安守护系统、后方总部指挥中心，实现智能化、自动化、可视化。

施工现场物联网

■ 同步更新的 BIM协同

“前方每掘进一环，云上数据就更新一环，在BIM模型上点击任意一块构件，就能查阅这一块从原料到成品的全周期档案。”工作人员介绍。

一台盾构掘进，各个单元协同。借助实时上传云端的超前地质探测、刀具磨损自检、伸缩影像等系统检测数据，实时预警、实时调整、实时修正，管片上浮和成型隧道质量“尽在掌控”。

在BIM模块上可以查阅全周期档案，未来也将助力智慧运营

■  有“知觉”的钢筋和混凝土

在以往深基坑施工实践中，微小的形变肉眼不可见，却是重大安全事故的前兆，这对支撑体系的可靠性提出了极高的要求。项目团队采用的钢支撑伺服系统，实时测量钢支撑受力及位移大小，自动调控支撑轴力，如同人的手臂一样伸缩自由。

除了智能伸缩的钢支撑，全自动测量机器人也为基坑安全保驾护航，它通过全天候对各目标监测点进行三维坐标测量，实时反馈监测数据，提高监测质量。他们还在模板、支架上安装了压力计、轴力计、温度计等共488组监测点，如“心电图”一样，实现对混凝土质量和基坑安全进行智慧管控。

布满传感器的基坑

作为交通运输部第一批创建“平安百年品质工程创建示范项目”，江阴靖江长江隧道工程可谓“自带光环”，亮点远不止文中所列：

没有人的智能砂浆工厂；

人员跌倒、心率异常就会 自动报警 的安全手环；

淘汰满堂支架的牛腿全自动液压台车；

有效检测施工排放的绿色管理平台；

可以控制混凝土入模温度的制冰机；

每时每刻保持整洁秩序的5S管理模式；

……

中铁十四局以打造“交通强国建设江苏样板标志性工程、中国高水压大直径盾构隧道建设创新工程、国际领先智慧建管养技术综合应用品质工程、国际首创流动环境友好空间的绿色隧道示范工程”为目标，以数字化施工为引领，该项目应用43项新设备、39项新技术、14项新工艺、8项新材料以及25项微创新，涵盖安全、质量、明挖、盾构、临建等各方面， 不断树立大直径盾构行业新标准。

此时此刻，担任这条隧道掘进任务的“匠心一号”盾构机已经抵达接收井加固区，即将结束“江底之旅”。再过不久，这座世界级隧道工程就将实现贯通。