科技日报记者 都芃
11月11日，刀盘直径13.73米、整机长125米的超大直径泥水平衡盾构机“金核号”在中交天和总装车间顺利下线，将用于宁波市首条海底盾构公路隧道——S202象山石浦港海底隧道掘进作业。
该隧道是目前国内最长的穿越全淤泥质软土地层的海底盾构公路隧道，盾构掘进作业段全长3105米。盾构机需穿越的地层以淤泥质黏土、粉质黏土、黏土为主，土体强度低、含水率高、灵敏度强。工程建设者将施工过程形容为“豆腐里钻洞”。盾构机掘进姿态稍有偏移，就可能出现超挖、地表沉降等，甚至导致隧道被海水强压击穿。
现场实测数据显示，该海底隧道底最大覆盖土深33.5米，最大水深46米，最大水压0.48兆帕，隧道顶距海底最小仅9.55米。浅覆土、高水压、长距离、软土地层，四重压力集中作用在该盾构机上，直接考验其关键部件寿命与密封承压能力。
为吃下这块海底隧道“软豆腐”，盾构机设计阶段便对照工况精准施策。“金核号”总功率6000余千瓦，推力、扭矩预留充足余量，耐压性能可抵御海底数十米超高水压，盾尾配置五道密封刷。针对软地层掘进极易出现的管片上浮和下沉风险，“金核号”依靠两套方案精确应对：一是同步向管片背部灌注双液浆，浆液快速固结，将管片稳定锚固于地层，有效抑制上浮；二是在复杂作业区段，将掘进速度降至每分钟数毫米，如绣花般慢步掘进，以缓求稳。
黏土地层中，盾构机面临的难题是刀盘结泥饼。“金核号”刀盘中心搭载独立冲刷系统，高压泥水持续冲刷面板，打散泥饼。同时，舱底循环泵不停搅动，防止渣土沉积；管路则能提前预判堵塞风险，可反向冲洗。如果遇到大块孤石，舱底破碎机会将其先行破碎再外运出舱，泥水系统分流器如同滤网，阻隔大粒径砾石进入泵体。从刀盘到泵口，构筑起防泥饼、防滞排、防堵管、防损泵的完整防护系统。
在海底开展3000余米隧道的长距离掘进，盾构机部件的耐磨和密封性能最为关键。“金核号”刀盘遵循“一次下井、全程不换刀”理念设计，刀具高低分层排布，前层磨损后，后层接续切削；易损件采用模块化可更换设计，磨损后快速替换，确保切削轨迹无盲区。刀盘、盾体、泥水管路全部增设耐磨保护层。主轴承按极限工况反复校核，设计寿命满足整条隧道掘进作业需求。
更值得一提的是，“金核号”还拥有可自主可控的智慧“大脑”。以往盾构机启动时，操作人员需逐一核对十余个系统并一一开机。如今，盾构机在联锁条件满足后，轻点“一键启动”按钮，冷却水、液压、润滑、刀盘、出渣系统依次自动开启，短短数分钟后，盾构机整机即可满足掘进作业条件。
海底盾构掘进作业最忌惮装备姿态偏移、掌子面压力失稳。过去，操作过程依靠人员紧盯仪表、手动调节油缸，高度依赖经验；现在，智能掘进系统可自主规划平滑掘进线路，实时计算推力大小并分配至各组油缸，泥水系统在停机、旁通、掘进、冲洗工况间实行自动切换。同等工况下的实测表明，自主控制的稳定性优于人工手动操作，且参数波动更小。
中交天和总工程师杨辉介绍，“金核号”集成落地盾构机无人掘进全套功能。此前，一键启动、自主巡航、智能拼装等智能模块未形成协同联动体系，“金核号”则首次整合多项智能化功能，配套了数字孪生平台和探地雷达注浆检测，实现从人工操控向智能管控的新跨越。操作人员只需在中控室值守研判，盾构机便能在海底实现自主纠偏、自动拼装和稳步掘进。
按施工计划，“金核号”将于2026年12月末进驻施工现场组装调试；2027年4月在工程左线率先始发掘进。
（受访单位供图）
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