南京和燕路过江通道因江底地质条件复杂，被称为“迄今为止长江上最难建的过江通道”。
“目前，隧道右线的‘振兴号’盾构机正在水下77米深处，穿越160米长的上软下硬地层，每天掘进6~8米。”11月13日，在隧道施工现场，南京市公共工程建设中心副主任、总工程师章登精告诉科技日报记者。
自今年1月12日正式始发以来，“振兴号”已经向前推进了1500多米，刀具最大磨损量仅有9毫米，与设计图纸相比线路偏差也不到1厘米，均达到了令人惊叹的水准。
这条隧道为何号称“最难建”
南京和燕路过江通道为南隧北桥模式，南段隧道段长4206米，其中盾构段长2976米。
据章登精介绍，盾构段穿越的地质结构有砂层、上软下硬地层、全断面基岩。更令人担心的是，盾构机还要穿越多个江底断裂带和岩溶区域，其中溶洞是大型盾构隧道的大敌。
“这里的地质条件非常复杂，就像是一个地质博物馆。”章登精介绍，以中国工程院院士钱七虎为组长，由5位中国工程院院士和16名专家组成的南京过江隧道技术专家组一致认为，和燕路过江通道是目前国内在建穿越长江最复杂、最困难、水压最高的超大直径隧道。
目前，“振兴号”盾构机正在水下70多米深处的超高水压区域掘进，水压达0.72兆帕。未来几天内，盾构机即将穿越冲槽浅覆土、断层破碎带等叠加层高风险地段，此段水深达79米，是全线水土压力最大的区域，存在冒顶、沉降、失稳坍塌等巨大风险。
但是，记者在现场却看不到有丝毫的紧张气氛。工作人员告诉记者，在设计之初就准备了应对一切风险的“工具包”，包括特制的刀盘、泥水分层逆洗、同步注浆、超前地质钻探和注浆等先进技术。
135米长的盾构机仅需3人操控，正常的掘进是按程序自动进行，如果参数有误才会改用人工操作。
盾构机头部的圆形刀盘由28组千斤顶向前推进，每组千斤顶的推力达880公斤，刀盘每向前推进几米就要停下安装一环混凝土管片，工作人员通过国际领先的智能化管片拼装系统，只需一个按钮，就能自动运输、抓举、拼装沉重的预制管片。
连续掘进1500米不换刀
“振兴号”是中国首台采用自主技术和多个国产核心零部件设计制造的超大直径盾构机，其刀盘直径达15.03米，总长135米，总重量达4000吨。其直径是目前应用于在建长江隧道中最大的。
盾构机宛如穿行地下、吞石吐泥的巨龙，刀具就是它的牙齿，对隧道的顺利贯通至关重要。
“这台盾构机的常压刀盘和换刀装置都是自主研发的。”盾构机研制方、中交天和机械设备制造有限公司总工程师周骏说，他们在世界范围内首次采用超大直径盾构超长不换刀技术，不仅节约大量成本，还降低了因换刀而导致的隧道坍塌和人身伤害风险。
在和燕路过江通道前1500米施工中，在同等地质条件下，其他盾构机200米左右就需要更换刀具，“振兴号”在该地层连续掘进了1500米未换刀。掘进到800米时，刀具最大磨损量为5毫米，刀具允许磨损量是50毫米；掘进到1500米，刀具最大磨损量仅为9毫米。
此前，用于南京扬子江隧道施工的“天和号”超大直径盾构机，曾创造了砂卵石地层2580米不换刀纪录。
会做“填空题”的盾构机
和燕路过江通道的难度在于，盾构机穿越长江后还要打通江边的幕府山，这里的地质构造为全断面基岩，其中包括410米长的岩溶区域。
“根据地质勘探，幕府山下有大小不一的溶洞，最大有数米高。”章登精说，盾构机掘进到这里就有可能被困住或方向出现偏差，在美国就曾有过盾构机被困在地下动弹不得的案例。
周骏告诉记者，科研人员专门研制了超前地质钻探和注浆技术，简单说就是利用小的钻探装置，让“振兴号”能感知前方是否有空洞，并用砂浆将空洞填满，填满之后再继续推进。
而在江底，也并非全是砂石地质，比如目前正在穿越的上软下硬地层，上层是粉细砂，下层是中风化角砾岩，这也极易导致盾构机跑偏。
目前，“振兴号”的偏差不到1厘米，大大低于设计允许偏差，属于非常优秀的水平。
周骏介绍说，“振兴号”国产化率95%以上，国产常压换刀装置、刀具全状态监测系统、刀盘伸缩摆动装置的应用，不仅降低了制造成本，还将核心技术牢牢掌握在自己手中。（记者张晔 实习生季天宇 通讯员张凤华）