本报记者 李心萍
操舱人员正在进行加压作业。加压过程中，当压力超过3.0巴，作业人员将戴上呼吸面罩，呼吸混合气继续加压至8.5巴。
“定海号”海底78米换刀作业，成功拆出的第一把撕裂刀，重约150公斤。 以上图片均为陈星摄(人民视觉)
东海之滨，金塘水道，世界最长海底高铁隧道——甬舟铁路金塘海底隧道施工正酣。一路向下，穿透岩层，“甬舟号”“定海号”两台超大直径盾构机相向掘进。
眼下，“定海号”盾构机迎来全新考验——出舱换刀。
为何要换刀？原来，经过长距离软土地层掘进，挡在“定海号”盾构机面前的是一座硬岩石头山。“要啃下高强度岩石，就需要为盾构机更换‘牙齿’，将适合软土地层的撕裂刀换成破岩的滚刀。”中铁十一局甬舟铁路三工区项目负责人王双说。
换刀有多难？“定海号”是泥水平衡盾构机，掘进过程中，泥水舱内注满泥浆，以保证刀盘前后方压力平衡。换刀时，需将泥水舱内泥浆排出一半，注入加压空气。
然而，“定海号”盾构机已来到海底78米，注入空气的压力须达8.5巴，即约8.4个标准大气压。
“按现行标准，常规空气带压换刀作业的极限，只能到达海底60米，在超过6个大气压的环境中作业，风险很高。”王双介绍。
为此，建设团队研制出世界首台“三元混合气”盾构带压作业装备。这套装备用精准调配后的氦、氮、氧三元混合气来替换空气，供工程师呼吸使用，确保加压过程安全无害。
5月17日10时15分，海底78米第一次换刀作业开始——
工程师们进入盾构机前方的加压舱，戴上专用呼吸器，通过呼吸加压的混合气体，在6分钟内将人体内部压力升至约8.4个大气压。
工程师适应后，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，开展换刀作业。高压环境下，人体基础代谢率和氧耗量显著增加，体能消耗巨大。一把撕裂刀重约150公斤，需要多人协助、利用滑轮完成作业。
作业耗时长，然而人体对约8.4个大气压环境的适应时长最多只有60分钟。为此，研发团队通过每组3人、2组人舱配合，实现24小时连续作业。完成任务后，作业人员经科学减压后出舱，并进入甲板减压舱进行二次减压疗养。
5月18日，首次换刀作业完成。“定海号”盾构机本次将批量更换60多把刀。
同样面对海底换刀挑战，“甬舟号”盾构机如何选择？
“甬舟号”面临的地层更复杂，共有24次软硬地层切换，换刀频率比“定海号”更高。“从始发至今，我们掘进了3400多米，已经更换超3000把刀。”中铁十四局甬舟铁路项目负责人胡浩说。
如何解决“甬舟号”高水压、高频次的换刀需求？技术团队选择了饱和带压换刀路径。
胡浩介绍，饱和带压就是让作业人员在作业前进入与海底相同的高压环境中，让身体组织内的气体彻底饱和。要支撑这套作业模式，需要一座海底空间站。
海底空间站分为镇海控制舱、宁海生活舱、探海穿梭舱。海底作业周期内，工作人员生活在宁海生活舱。舱内模拟海底80多米的气压，呼吸的气体是氦、氮、氧三元混合气。当需要作业时，工作人员进入探海穿梭舱，由汽车将穿梭舱运至盾构机内部，并与人舱进行对接。
工作人员穿过连接通道后，开始工作。“我们每班有3名作业人员，平均每舱在海底工作8小时，一天3班倒。”中铁十四局甬舟铁路项目总机械师董冰说，每名工作人员每次饱和带压周期为28天，“未来有望挑战海底100多米换刀作业”。
“这项技术的成功应用，为全球超高压工程建设提供了一套可复制、可推广的中国方案。”上海国铁工程建管公司副总工程师兼舟山指挥部指挥长李冰说。
《 人民日报 》( 2026年05月31日 02 版)
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