想象一下，
你一边承受着
8倍于自身的大气压力，
一边还要举起300斤的哑铃
该有多难？
这也是海底隧道建设者盾构施工时
面临的世界级超高压施工难题。
高水压作业施工风险高
5月8日，
由中国铁建自主研发的
世界首套“三元混合气”
盾构带压作业装备，
正式应用于世界最长海底高铁隧道——
甬舟铁路金塘海底隧道，
成功克服了这个难题，
标志着我国
在盾构超高压带压作业领域取得重大突破。
这一难题是如何形成的？
“三元混合气”是什么？
它如何解决这一问题？
和小新一起来看！
海底“换刀”，
世界级超高压施工难题
盾构机是遁地钻山、
穿江越海的利器，
被称为“工程机械之王”，
它通过不断旋转盾构机前方的刀盘，
利用刀具切削各类岩土实现隧道掘进。
当盾构机长距离掘进，
高强度的岩土切削造成刀具磨损，
需要人工进入前端换刀时，
就会出现一个难题：
在软岩、富水或自稳性较差的地层中，
如果直接开仓换刀，
隧道掌子面可能因为失去支撑，
发生坍塌、沉降、
渗水、涌水等问题，
容易产生安全事故。
因此，需要在土仓建立
与地层水土压力平衡的气压，
形成“压力支撑”，
确保换刀作业环境安全。
而在海底的超高水压环境下掘进，
压力进一步增大，
换刀的难度可就翻倍了。
金塘海底隧道建设示意图
甬舟铁路金塘海底隧道
作为世界最长海底高铁隧道，
它穿越硬岩、黏土、粉砂等多种组合地层，
盾构区间硬岩和软硬不均的岩层
占比近七成，
岩层压力最高可达200兆帕。
传统压缩空气进舱作业的
空气安全压力上限为0.6兆帕。
而金塘海底隧道
最大埋深位于海平面下78米，
最高水土压力达0.85兆帕，
相当于成年男子手掌面积
需承受近一吨的重量。
如此大的“压力”，
如何破解？
世界首台，
自研破局打造“中国方案”
面对极限工况，
承担舟山侧6270米盾构施工任务的
中铁十一局借鉴深海潜水技术，
联合国内顶尖科研力量，
将深海潜水成熟经验引入到盾构施工中，
并邀请中国工程院院士等
权威专家反复论证，
成功研发出适用于
盾构施工的氦氮氧“三元混合气”
盾构带压作业装备。
三元混合气技术应用
此前，
换刀是工作人员最头疼的事。
传统的饱和带压作业
不仅需要穿戴厚重的防寒服，
还需搭建大型前置驻舱系统，
存在较长的人员进舱加压和出舱减压时间，
效率有待提升。
而且，海底的压强
让普通人根本无法承受。
在海底，
压力的进一步增加，
会引发人体
“氮麻醉”“氧中毒”和器官受损等现象，
危及人员生命安全。
三元混合气生命支持系统
“三元混合气”
由氦气、氮气、氧气配比而成。
其中氦气密度低、
扩散快、安全性高，
能有效防止超高压环境下
作业人员出现“氮麻醉”
“氧中毒”等风险，
为他们在深海超高压环境下作业
筑起安全呼吸屏障。
这一突破，
既为作业人员筑起了更可靠的安全屏障，
也一举打破了国外长期垄断的技术壁垒。
现在，
有了“三元混合气”技术，
换刀的整个过程
就像给钢笔换笔芯一样安全高效。
作业时，
进舱人员无需进舱加压和出舱减压，
只需佩戴专用混合气体呼吸器，
由舱外管路供气，
舱内主动回收呼出气体，
作业人员先在加压舱加压至设计压力，
随后依次穿越盾构机人舱、
气垫舱、泥水舱，
抵达刀盘背后，
直面隧道掌子面，
完成任务后，
再经科学减压出舱，
进入甲板减压舱进行二次减压疗养。
这种方式可以
节约30%—50%高压作业周期，
效率显著提升。
人员进舱作业
此外，
该装备单次可支持3人同时进舱作业，
每次持续60分钟，
通过两组人舱配合可实现24小时连续作业，
模块化结构设计便于快速适配，
不同水压及复杂地层的盾构施工，
具有模块化设备进场快、
人员劳动强度低，
换刀作业效率高等优势，
为超高压换刀作业
提供了一条全新的技术路径。
同时，
该技术采用轻量化装备设计，
操作简单、适应性强，
更便于日常运行维护。
四大核心优势
该项技术的成功应用，
不仅为甬舟铁路建设扫清关键障碍，
更将为全球超高压工程建设，
提供可复制、
可推广的“中国方案”，
助力我国超高压盾构施工技术迈入世界前列。
目前，金塘海底隧道总体掘进9362米，
约完成工程总量83.6%，
甬舟铁路预计2028年具备开通运营条件，
届时将结束舟山群岛不通铁路的历史，
加快推动宁波舟山同城化发展。
甬舟铁路示意图
穿山越海，
硬核装备领跑全球盾构市场
1997年，
我国首次在西康铁路秦岭隧道建设中
引入德国盾构机施工先进的机械设备，
大幅提升了隧道挖掘效率，
却受尽技术封锁、
承担高昂成本。
中国铁建扛起自主创新大旗，
大力开展盾构设备领域制造研究，
从 “跟跑” ，
到 “并跑” ，
再到 “领跑”，
一步步改写全球盾构市场新格局。
海太长江隧道成型隧道内景
江苏海太长江隧道工程，
位于江苏省长江入海口区域，
全长39.07公里，
北起南通海门区，
南至苏州太仓市，
过江隧道长11.185公里，
采用双向六车道高速公路设计标准，
该隧道是目前世界最长公路水下盾构隧道，
也是目前国内最大直径长江隧道，
被誉为“新万里长江第一隧”。
负责此项工程的是“江海号”盾构机，
由中铁十四局和铁建重工联合打造，
最大开挖直径达16.64米，
专门为海太长江隧道项目定制。
沪渝蓉高速铁路，
是我国境内一条连接上海市与重庆市、
四川省成都市的高速铁路，
是国家中长期铁路网规划
“八纵八横”中沿江通道的骨干线路，
主要承担沿江通道路网层面和沿海、
京沪辅助通道联系上海层面的客流。
负责此项工程的是“新征程号”盾构机，
创新搭载“智能化钻孔注浆一体化设备”，
注浆饱满度远超人工操作标准，
强化了隧道衬砌结构的稳定性与安全性。
深江铁路
是国家“八纵八横”高铁网沿海通道的重要组成部分，
正线全长约116公里，
设计时速250公里。
预计，深江铁路
2028年4月1日全线通车建成通车后，
将实现粤港澳大湾区生活圈、
经济圈半小时高铁互联互通，
对进一步强化大湾区一体化发展
和广东自贸区建设具有重要意义。
负责此项工程的是
超大直径土压盾构机“鲲鹏号”，
开创了“透水复杂地层超大直径土压
盾构长距离穿越水域环境”施工先河，
填补了行业技术空白……
从“十四五” 加速布局，
到“十五五”全面发力，
中国铁建
以新质生产力培育发展新动能，
推动地下工程向更深、更智能、
更绿色突破。
从打造直径8.61米、
承载万吨级载荷的“全球最大盾构机主轴承”
到“大盾构隧道智能建造管理”，
再到“三元混合气”装备
破解世界级超高压难题，
中国铁建
始终以科技创新为引擎在高端装备、
地下工程等领域
不断突破边界，
向地球深部进军。
未来，
将会有更多钢铁蛟龙
在地球深处镌刻中国印记，
写下更加硬核的央企传奇！
为全球地下工程提供中国重器。
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责任编辑丨葛瑞蒂
校对丨程镜睿
执行主编丨张灏然 陈婷
内容来源丨中国铁建
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