想象一下，

你一邊承受著

8倍于自身的大氣壓力，

一邊還要舉起300斤的啞鈴

該有多難？

這也是海底隧道建設者盾構施工時

面臨的世界級超高壓施工難題。

高水壓作業施工風險高

5月8日，

由中國鐵建自主研發的

世界首套“三元混合氣”

盾構帶壓作業裝備，

正式應用于世界最長海底高鐵隧道——

甬舟鐵路金塘海底隧道，

成功克服了這個難題，

標志著我國

在盾構超高壓帶壓作業領域取得重大突破。

這一難題是如何形成的？

“三元混合氣”是什么？

它如何解決這一問題？

和小新一起來看！

海底“換刀”，

世界級超高壓施工難題

盾構機是遁地鉆山、

穿江越海的利器，

被稱為“工程機械之王”，

它通過不斷旋轉盾構機前方的刀盤，

利用刀具切削各類巖土實現隧道掘進。

當盾構機長距離掘進，

高強度的巖土切削造成刀具磨損，

需要人工進入前端換刀時，

就會出現一個難題：

在軟巖、富水或自穩性較差的地層中，

如果直接開倉換刀，

隧道掌子面可能因為失去支撐，

發生坍塌、沉降、

滲水、涌水等問題，

容易產生安全事故。

因此，需要在土倉建立

與地層水土壓力平衡的氣壓，

形成“壓力支撐”，

確保換刀作業環境安全。

而在海底的超高水壓環境下掘進，

壓力進一步增大，

換刀的難度可就翻倍了。

金塘海底隧道建設示意圖

甬舟鐵路金塘海底隧道

作為世界最長海底高鐵隧道，

它穿越硬巖、黏土、粉砂等多種組合地層，

盾構區間硬巖和軟硬不均的巖層

占比近七成，

巖層壓力最高可達200兆帕。

傳統壓縮空氣進艙作業的

空氣安全壓力上限為0.6兆帕。

而金塘海底隧道

最大埋深位于海平面下78米，

最高水土壓力達0.85兆帕，

相當于成年男子手掌面積

需承受近一噸的重量。

如此大的“壓力”，

如何破解？

世界首臺，

自研破局打造“中國方案”

面對極限工況，

承擔舟山側6270米盾構施工任務的

中鐵十一局借鑒深海潛水技術，

聯合國內頂尖科研力量，

將深海潛水成熟經驗引入到盾構施工中，

并邀請中國工程院院士等

權威專家反復論證，

成功研發出適用于

盾構施工的氦氮氧“三元混合氣”

盾構帶壓作業裝備。

三元混合氣技術應用

此前，

換刀是工作人員最頭疼的事。

傳統的飽和帶壓作業

不僅需要穿戴厚重的防寒服，

還需搭建大型前置駐艙系統，

存在較長的人員進艙加壓和出艙減壓時間，

效率有待提升。

而且，海底的壓強

讓普通人根本無法承受。

在海底，

壓力的進一步增加，

會引發人體

“氮麻醉”“氧中毒”和器官受損等現象，

危及人員生命安全。

三元混合氣生命支持系統

“三元混合氣”

由氦氣、氮氣、氧氣配比而成。

其中氦氣密度低、

擴散快、安全性高，

能有效防止超高壓環境下

作業人員出現“氮麻醉”

“氧中毒”等風險，

為他們在深海超高壓環境下作業

筑起安全呼吸屏障。

這一突破，

既為作業人員筑起了更可靠的安全屏障，

也一舉打破了國外長期壟斷的技術壁壘。

現在，

有了“三元混合氣”技術，

換刀的整個過程

就像給鋼筆換筆芯一樣安全高效。

作業時，

進艙人員無需進艙加壓和出艙減壓，

只需佩戴專用混合氣體呼吸器，

由艙外管路供氣，

艙內主動回收呼出氣體，

作業人員先在加壓艙加壓至設計壓力，

隨后依次穿越盾構機人艙、

氣墊艙、泥水艙，

抵達刀盤背后，

直面隧道掌子面，

完成任務后，

再經科學減壓出艙，

進入甲板減壓艙進行二次減壓療養。

這種方式可以

節約30%—50%高壓作業周期，

效率顯著提升。

人員進艙作業

此外，

該裝備單次可支持3人同時進艙作業，

每次持續60分鐘，

通過兩組人艙配合可實現24小時連續作業，

模塊化結構設計便于快速適配，

不同水壓及復雜地層的盾構施工，

具有模塊化設備進場快、

人員勞動強度低，

換刀作業效率高等優勢，

為超高壓換刀作業

提供了一條全新的技術路徑。

同時，

該技術采用輕量化裝備設計，

操作簡單、適應性強，

更便于日常運行維護。

四大核心優勢

該項技術的成功應用，

不僅為甬舟鐵路建設掃清關鍵障礙，

更將為全球超高壓工程建設，

提供可復制、

可推廣的“中國方案”，

助力我國超高壓盾構施工技術邁入世界前列。

目前，金塘海底隧道總體掘進9362米，

約完成工程總量83.6%，

甬舟鐵路預計2028年具備開通運營條件，

屆時將結束舟山群島不通鐵路的歷史，

加快推動寧波舟山同城化發展。

甬舟鐵路示意圖

穿山越海，

硬核裝備領跑全球盾構市場

1997年，

我國首次在西康鐵路秦嶺隧道建設中

引入德國盾構機施工先進的機械設備，

大幅提升了隧道挖掘效率，

卻受盡技術封鎖、

承擔高昂成本。

中國鐵建扛起自主創新大旗，

大力開展盾構設備領域制造研究，

從 “跟跑” ，

到 “并跑” ，

再到 “領跑”，

一步步改寫全球盾構市場新格局。

海太長江隧道成型隧道內景

江蘇海太長江隧道工程，

位于江蘇省長江入海口區域，

全長39.07公里，

北起南通海門區，

南至蘇州太倉市，

過江隧道長11.185公里，

采用雙向六車道高速公路設計標準，

該隧道是目前世界最長公路水下盾構隧道，

也是目前國內最大直徑長江隧道，

被譽為“新萬里長江第一隧”。

負責此項工程的是“江海號”盾構機，

由中鐵十四局和鐵建重工聯合打造，

最大開挖直徑達16.64米，

專門為海太長江隧道項目定制。

滬渝蓉高速鐵路，

是我國境內一條連接上海市與重慶市、

四川省成都市的高速鐵路，

是國家中長期鐵路網規劃

“八縱八橫”中沿江通道的骨干線路，

主要承擔沿江通道路網層面和沿海、

京滬輔助通道聯系上海層面的客流。

負責此項工程的是“新征程號”盾構機，

創新搭載“智能化鉆孔注漿一體化設備”，

注漿飽滿度遠超人工操作標準，

強化了隧道襯砌結構的穩定性與安全性。

深江鐵路

是國家“八縱八橫”高鐵網沿海通道的重要組成部分，

正線全長約116公里，

設計時速250公里。

預計，深江鐵路

2028年4月1日全線通車建成通車后，

將實現粵港澳大灣區生活圈、

經濟圈半小時高鐵互聯互通，

對進一步強化大灣區一體化發展

和廣東自貿區建設具有重要意義。

負責此項工程的是

超大直徑土壓盾構機“鯤鵬號”，

開創了“透水復雜地層超大直徑土壓

盾構長距離穿越水域環境”施工先河，

填補了行業技術空白……

從“十四五” 加速布局，

到“十五五”全面發力，

中國鐵建

以新質生產力培育發展新動能，

推動地下工程向更深、更智能、

更綠色突破。

從打造直徑8.61米、

承載萬噸級載荷的“全球最大盾構機主軸承”

到“大盾構隧道智能建造管理”，

再到“三元混合氣”裝備

破解世界級超高壓難題，

中國鐵建

始終以科技創新為引擎在高端裝備、

地下工程等領域

不斷突破邊界，

向地球深部進軍。

未來，

將會有更多鋼鐵蛟龍

在地球深處鐫刻中國印記，

寫下更加硬核的央企傳奇！

為全球地下工程提供中國重器。

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責任編輯丨葛瑞蒂

校對丨程鏡睿

執行主編丨張灝然 陳婷

內容來源丨中國鐵建