北京
本報記者 李心萍
操艙人員正在進行加壓作業。加壓過程中，當壓力超過3.0巴，作業人員將戴上呼吸面罩，呼吸混合氣繼續加壓至8.5巴。
“定海號”海底78米換刀作業，成功拆出的第一把撕裂刀，重約150公斤。 以上圖片均為陳星攝(人民視覺)
東海之濱，金塘水道，世界最長海底高鐵隧道——甬舟鐵路金塘海底隧道施工正酣。一路向下，穿透巖層，“甬舟號”“定海號”兩臺超大直徑盾構機相向掘進。
眼下，“定海號”盾構機迎來全新考驗——出艙換刀。
為何要換刀？原來，經過長距離軟土地層掘進，擋在“定海號”盾構機面前的是一座硬巖石頭山。“要啃下高強度巖石，就需要為盾構機更換‘牙齒’，將適合軟土地層的撕裂刀換成破巖的滾刀。”中鐵十一局甬舟鐵路三工區項目負責人王雙說。
換刀有多難？“定海號”是泥水平衡盾構機，掘進過程中，泥水艙內注滿泥漿，以保證刀盤前后方壓力平衡。換刀時，需將泥水艙內泥漿排出一半，注入加壓空氣。
然而，“定海號”盾構機已來到海底78米，注入空氣的壓力須達8.5巴，即約8.4個標準大氣壓。
“按現行標準，常規空氣帶壓換刀作業的極限，只能到達海底60米，在超過6個大氣壓的環境中作業，風險很高。”王雙介紹。
為此，建設團隊研制出世界首臺“三元混合氣”盾構帶壓作業裝備。這套裝備用精準調配后的氦、氮、氧三元混合氣來替換空氣，供工程師呼吸使用，確保加壓過程安全無害。
5月17日10時15分，海底78米第一次換刀作業開始——
工程師們進入盾構機前方的加壓艙，戴上專用呼吸器，通過呼吸加壓的混合氣體，在6分鐘內將人體內部壓力升至約8.4個大氣壓。
工程師適應后，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，開展換刀作業。高壓環境下，人體基礎代謝率和氧耗量顯著增加，體能消耗巨大。一把撕裂刀重約150公斤，需要多人協助、利用滑輪完成作業。
作業耗時長，然而人體對約8.4個大氣壓環境的適應時長最多只有60分鐘。為此，研發團隊通過每組3人、2組人艙配合，實現24小時連續作業。完成任務后，作業人員經科學減壓后出艙，并進入甲板減壓艙進行二次減壓療養。
5月18日，首次換刀作業完成。“定海號”盾構機本次將批量更換60多把刀。
同樣面對海底換刀挑戰，“甬舟號”盾構機如何選擇？
“甬舟號”面臨的地層更復雜，共有24次軟硬地層切換，換刀頻率比“定海號”更高。“從始發至今，我們掘進了3400多米，已經更換超3000把刀。”中鐵十四局甬舟鐵路項目負責人胡浩說。
如何解決“甬舟號”高水壓、高頻次的換刀需求？技術團隊選擇了飽和帶壓換刀路徑。
胡浩介紹，飽和帶壓就是讓作業人員在作業前進入與海底相同的高壓環境中，讓身體組織內的氣體徹底飽和。要支撐這套作業模式，需要一座海底空間站。
海底空間站分為鎮海控制艙、寧海生活艙、探海穿梭艙。海底作業周期內，工作人員生活在寧海生活艙。艙內模擬海底80多米的氣壓，呼吸的氣體是氦、氮、氧三元混合氣。當需要作業時，工作人員進入探海穿梭艙，由汽車將穿梭艙運至盾構機內部，并與人艙進行對接。
工作人員穿過連接通道后，開始工作。“我們每班有3名作業人員，平均每艙在海底工作8小時，一天3班倒。”中鐵十四局甬舟鐵路項目總機械師董冰說，每名工作人員每次飽和帶壓周期為28天，“未來有望挑戰海底100多米換刀作業”。
“這項技術的成功應用，為全球超高壓工程建設提供了一套可復制、可推廣的中國方案。”上海國鐵工程建管公司副總工程師兼舟山指揮部指揮長李冰說。
《 人民日報 》( 2026年05月31日 02 版)
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