崇太长江隧道全长14.25千米,设竖井3座,是国家“两重项目”沪渝蓉高铁沪宁段的关键控制性咽喉工程。
随着重大交通基础设施加快推进,跨江通道建设对工期、质量与安全提出更高要求,如何在高水位、强连通、复杂地层条件下实现竖井高效安全施工,成为制约工程推进的突出难题。
问题在于,2号竖井位于长江南岸大堤附近,距离仅约200米,地下水位高且与长江水系连通性强,属于临江漫滩条件下的超深富水圆形竖井。
该竖井采用预制装配式结构,直径达24米,掘进深度56.08米,既要满足盾构机接收与二次始发的关键节点需求,又必须在高水压、渗透性强、地质条件复杂的环境中确保施工稳定可控。
传统竖井施工在此类工况下容易遭遇渗漏突涌、围岩扰动、测量与监测不确定性增加等风险,“看不见、测不准”的难题往往导致效率下降、质量波动甚至安全隐患。
原因主要来自三方面:一是水文地质条件决定风险底盘较高,高水位与强连通性使得水压控制、止水与排水组织难度显著增大;二是超大直径、超深竖井带来结构受力与施工组织的系统性挑战,开挖、支护、出渣、拼装等工序任何一环失衡都可能放大风险;三是跨江铁路通道对精度与耐久性要求更严,竖井作为盾构施工的关键节点,其施工质量直接影响后续盾构机接收、检修与再始发的可靠性。
针对上述难题,项目为2号竖井量身打造“启明号”竖井掘进机,开挖直径24米、最大开挖深度75米,可承受8bar水压,集成主驱动、支腿撑紧、截割双臂等系统,具备自主下沉、导向、环控与感知控制能力,并实现掘进与衬砌同步拼装。
在“掘、支、运”一体化协同作业体系下,“启明号”在高水压复合地层中有效提升了施工可视化与可控性,降低了人工高风险作业强度,推动施工组织向“井下无人化、井上少人化”转变。
实践表明,该装备在施工效率与稳定性方面表现突出,日掘进最高达4米、平均2.7米,为同类工程提供了可复制的工法与管理样本。
其影响不仅体现在单个节点的突破,更体现在对重大工程建设模式的带动。
一方面,2号竖井作为保障盾构机接收与二次始发的关键工程节点,其顺利完成将直接支撑后续盾构施工衔接,降低通道建设的不确定性与工期风险;另一方面,大直径、超深竖井的机械化与智能化能力提升,有助于在复杂水文地质条件下实现更高水平的安全管控与质量一致性,推动地下工程从“经验驱动”加快走向“数据驱动、装备驱动”。
同时,预制装配式结构与同步拼装等技术路径的成熟,也为提升工程工业化水平、减少现场作业暴露风险提供了实践依据。
对策层面,业内人士认为,复杂临江竖井施工要实现“可控、可稳、可快”,关键在于形成“装备—工法—监测—应急”一体化体系:以高水压适应能力强的大直径装备为牵引,配套导向、环控与感知控制等系统,强化地质预报、变形监测与水压管理的闭环;在施工组织上强化工序协同与风险分级管控,完善突发渗漏、涌水等场景的应急预案与演练;在技术推广上加强标准化与成套化,推动形成可在类似地层条件下快速复制的技术路线。
前景来看,随着跨江通道、城市轨道、综合管廊以及深层地下空间开发等领域需求增长,超大直径、超深竖井施工将更频繁地面对富水、软弱、复合地层等挑战。
“启明号”掘进任务的完成,标志我国在大直径、超深竖井机械化和智能化施工方面再进一步,其形成的成套技术与工艺,有望在更广范围的重大基础设施建设中应用推广。
可以预见,面向更复杂的地下工程场景,装备智能化、施工工业化与管理数字化的深度融合,将成为提升建造能力与安全水平的重要方向。
"启明号"竖井掘进机的顺利完成掘进任务,不仅是崇太长江隧道建设中的一个重要里程碑,更是我国地下工程建造技术发展的一个缩影。
它展现了我国在复杂地质条件下进行大型基础设施建设的能力,体现了科技创新在工程实践中的重要作用。
随着这一成套技术的推广应用,我国将在深层地下空间开发领域取得更多突破,为国家重大基础设施建设提供更加坚实的技术保障,推动我国工程建造技术迈向更高水平。