迎战世界首例岩溶地层海底隧道的“海宏号”大盾构下线。 
工人们在做换刀准备。 
专用车辆拉运管片。 
海上岩溶注浆施工海上岩溶注浆施工。。 
作业人员正在拼装管片。 
海宏号掘进突破1000米。 
盾构机司机正在操作盾构机掘进。 
干净整洁的大盾构隧道。 冬日的大连，碧空如洗，海水荡漾，一派祥和安宁的景象。
在大连市中心城区北部，有个梭鱼湾，不时有船舶出入，犁出的浪花泛起阵阵涟漪。在近50米深的海底，一条建设中的地铁正在下穿梭鱼湾，这就是由中铁一局二公司托管、城轨公司承建，被业界誉为“超级穿海”的大连地铁5号线火（车站站）～梭（鱼湾南站）盾构区间过海段工程。
2019年12月26日，“超级穿海”工程安全掘进1000米，已顺利通过两个溶洞群，标志着我国自主研制的大直径泥水平衡盾构机，在穿越海底溶洞群地层领域首次实现技术突破，也意味着这项世界性难题的“超级穿海”工程首战告捷。现场彩旗飘飘，激动不已的参建员工打出了“热烈祝贺‘海宏号’掘进突破1000米”的横幅，与盾构机合影留念。工程遭遇“世界性难题”
城轨公司项目负责人严淦告诉记者，中铁一局承建大连地铁5号线04标段四站三区间工程。城轨公司施工的火~梭区间全长2882米（其中海域段2310米，陆域段572米），采用直径12.26米大直径泥水平衡式盾构机施工，盾构机从梭鱼湾南站始发后，以大“V”字形的线路，下穿梭鱼湾海域到达火车站站，属大连地铁5号线的控制性工程。“我们在施工中要面临四大难题，且这些难题尚无先例可循，被业内院士定性为‘世界性难题’。也被中国中铁和中铁一局列为特级风险项目，备受高度关注。”
严淦介绍，面临的主要难题有：一是隧道穿越溶洞多。穿越1538米岩溶发育区，钻孔平均见洞率达59%，勘探发现三大溶洞群，大小溶洞千余个，最大溶洞高29.8米，极易会造成盾构载头、隧道受损、并对后期隧道运营存在安全隐患；二是长距离全断面硬岩掘进。岩石强度高，大盾构掘进中穿越风化槽、软硬不均、溶石发育地层，岩石抗压强度最大118兆帕。易产生刀具磨损严重，长距离掘进存在频繁换刀，换刀安全风险高；三是隧道埋深高、水压大。隧道底部距离海平面最深近50米，穿越地层较为破碎、透水性强，且与海水相连、水头压力大，接近0.5兆帕，对设备及隧道结构密封安全性及带压进仓作业要求高；四是海域周边环境极其复杂，大盾构下穿铁路、码头、航道等重要建构筑物及设施，施工过程中对地面沉降、泥水压力控制等要求较高。顶级专家确定方案
如何破解这些“世界性难题”？项目把目光投向了外部支持和内部挖潜。
最先一批来到项目的张玉宝，现任项目常务副经理。他告诉记者，对于这种大直径泥水盾构穿海工程，参建人员几乎都没干过，无经验可言。为此，项目邀请国内顶尖专家、中铁一局和城轨公司专家，帮助分析风险、海底岩溶地质等情况，研究盾构机选型、溶洞处理等方案。“从2016年12月开始，大连地铁集团、中铁大连地铁5号线有限公司、中铁一局和城轨公司先后组织召开了15次大型专家咨询会，邀请中国工程院院士、中国勘察设计大师等多名专家，共同会诊“超级穿海”工程，对各种风险进行辨识、研究预控措施，以确保海底隧道岩溶地层大盾构施工安全。”张玉宝回忆道。
2017年7月，溶洞处理方案确定，通过“钻探+CT”法进行岩溶专勘。
2017年10月，盾构机设计完成，12.26米的大直径泥水平衡盾构机开始制造。
2018年3月30日至31日，大连地铁集团和中铁大连地铁5号线有限公司在大连共同组织召开大连地铁5号线大盾构海底隧道建设工作推进会。中国工程院院士、深圳地铁集团总工程师陈湘生，中国勘察设计大师史玉新等五位资深专家齐聚大连，大连地铁集团副总经理卢振勇，中国中铁副总裁、总工程师刘辉，中铁投资集团总经理刘少魏，中铁投资集团副总经理、中铁大连地铁5号线有限公司党委书记、董事长孙玉国，中铁一局副总经理、总工程师安国勇，中铁装备总工程师王杜娟等领导，围绕地铁5号线大盾构海底隧道岩溶专勘、技术难点、施工方案、风险控制措施等展开深入探讨，共同为大盾构海底隧道“超级穿海”工程问诊把脉。
参与咨询的专家组一致表示，大连地铁5号线海底隧道采用大盾构穿越岩溶强烈发育区、环境高敏感区，施工难度极大，安全风险极高，尚无工程先例，属世界性难题。经过反复研讨，专家组提出了大盾构海底隧道勘察、设计、施工、装备制造方案专家咨询意见和建议。
正所谓，磨刀不误砍柴工。整个施工方案确定历时一年多，为“超级穿海”工程开工建设奠定了基础。量身打造“大国利器”
工欲善其事，必先利其器。为了干好这个“瓷器活”，中铁一局和中铁装备一起有针对性地量身打造了“海宏号”超大直径泥水平衡盾构机这个“金刚钻”。
据了解，“海宏号”盾构直径12.26米，整机长189米（含盾体长14.7米，尾部拖动平台158米），总重约2849吨。在制造过程中，使用了常压滚刀刀盘、伸缩摆动驱动、搭载式超前高效钻注系统及超前地质预报系统、双破碎机系统等多种国际领先技术，是我国自主研发的世界上现有功能最全的盾构机，核心部件的设计在全国乃至全世界均处于领先水平。
“‘海宏号’采用了最小直径常压滚刀复合刀盘，在12.26米直径的较小刀盘上实现常压换刀，也创造了一个世界之最。”学机械出身的严淦，曾是一名盾构机司机，对于换刀有很深的感触。“海宏号”的启用，意味着跨海隧道工程领域，中国又掌握了一项绝技，成为海底长大隧道施工的“大国利器”。
“海宏号”配备了更精良的传感系统，盾构机在掘进时“感到”力量不平衡，就能尽快调整。因此，又被冠以“最聪明的盾构机”。
盾构机还采用了先进的超前探测技术，比如地震波超前物探系统，可以通过反射回来的声波对前方是否有溶洞进行预判，并配备了两套超前钻探注浆系统，可以对溶洞进行提前探测及注浆处理，大幅提高盾构安全掘进效率。
2018年7月10日，历时14个月的设计制造，“海宏号”大直径泥水平衡盾构机在大连下线。钻孔+CT扫描+注浆预处理
“超级穿海”工程遇到第一个世界级难题便是穿越海底溶洞群地层。项目总工程师王建介绍说，地铁5号线跨海段是岩溶多发区域，其中有约1300米的海底地下均为溶洞，对于后期的盾构施工带来非常大的风险，如果不进行填充，盾构机掘进中可能会在溶洞处发生倾斜、栽头等情况。
项目确定了“以海面预处理为主，洞内处理为辅”的溶洞处理思路，采用钻孔+弹性波CT扫描的方式勘察溶洞的位置、大小、分布情况等。
海上作业共安排了4艘船，其中2艘为岩溶专项勘测船。“船上都带着CT仪，就像是给人做CT一样，我们要给地层做CT。”另外2艘船则根据勘测结果，在溶洞位置上进行针对性注浆。“他们做的主要是海上岩溶注浆处理，注入水泥浆，对溶洞进行填充。”王建说，简单地打个比方，溶洞对于盾构施工来说，就相当于开车时前面有个深坑，如果不小心车子就会栽倒，注浆处理就是提前将深坑填埋。
负责海上钻孔注浆施工的严敏告诉记者，海域段溶洞发育强烈，形态齐全，规模很大。大小溶洞相互交错，分布范围广，共有3个大溶洞群，每个溶洞群的溶洞发育情况，规模，结构，充填物都有不同。发现的最大溶洞高达29.8米，长约30米，相当于10层楼大小。“首先是密排打孔，仅这一处溶洞就有上百个孔，一个钻孔近50米深，然后不断地向地层注入水泥浆。由于钻孔深度较大，打孔需要1天时间，而单孔注入水泥浆则需要约2天时间。”
严敏坦言：“海上钻孔风险很大，过海段钻孔最深的达70米，每一次下钻都提心吊胆。”他回忆，2018年10月的一天下午，海上正常钻孔，当钻孔深度达到55米时，岩芯管钻穿溶洞顶板，导致钻孔护壁泥浆瞬间流失，上层充填溶洞垮塌，埋住钻杆。钻机机长紧急使用钻机回转，油缸上顶，加卷扬拉钻杆，后改用吊锤反打钻杆，2个小时后钻杆就像长在土里，仍然毫无动静。此时，海面潮水在不断上涨，钻机主动钻杆有4米已在套管内，无法拆开主动钻杆，在钻机的反作用力下，慢慢随潮水上升的船体开始倾斜，为防止船体发生倾覆，造成大的事故，他果断下令切断主动钻杆，随着一声轰响，船体摇晃了一会，逐渐平稳。待落潮后，再焊接钻杆，拔出钻杆重新处理，保证了盾构施工的顺利推进。
目前，跨海盾构区间的溶洞已于2019年12月20日全部处理完毕。科技护航施工安全
2019年1月18日，经过两年的周密准备之后，“海宏号”大直径泥水盾构顺利始发。
为了确保跨海施工安全，项目在施工管理中充分运用“四新技术”。“我们积极开展了BIM技术应用和工期预警智能管理研究、安全质量管理信息平台应用创新，以确保海底隧道岩溶地层大盾构施工安全。”项目安质部部长李钊介绍道。
项目抽调经验丰富的人员组建了大盾构施工管理团队和实战经验丰富的盾构作业团队，设立了以“全国五一劳动奖章”获得者梁西军名字命名的“梁西军劳模创新工作室”，以此为载体和平台，联合开发了BIM+GIS三维动态模拟管理平台，做到三维可视化施工管理，指导岩溶地层处理及盾构掘进施工，为确保海底隧道掘进及运营安全提供了技术支撑。
2019年项目进行了一系列科研攻关，立项并开展中国中铁重大专项科研“多功能泥水平衡盾构机的研制及施工关键技术研究”；上报工法1篇、上报“一种有效水域岩溶注浆处理的方法”等专利4项。《大连地铁5号线海底隧道盾构BIM应用》获得中国中铁首届“卓越杯”BIM大赛银奖、中国建筑业协会BIM大赛一等奖。项目部获大连市建筑业协会“安全质量标准化管理示范工地”称号。超常组织强力推进
在“超级穿海”工程施工现场，有一个团队引起了记者的注意，了解得知，是项目的盾构机换刀班。
主管盾构施工的项目副经理毛知新表示，盾构复合地层掘进，换刀是最重要的一项工作，在大连地铁5号线过海段尤为重要。“换刀的效率，直接决定着施工的进度。”
为此，项目打破常规，从各个项目抽调了些换刀熟手，专门组建了项目的7人换刀班。项目部用70万元购买了一台1:1常压刀盘换刀模拟仓进行集中培训。毛知新说：“今年三月份开始掘进施工那会，一般一个月掘进和换刀各占15天，换一个刀筒需要10小时，到八月份，我们换一个刀筒只需6小时，一个月换刀最多只需12天。”
在施工过程中多措并举，强力推进。一是每天组织召开生产例会，安排各班组作业任务、强调安全注意事项，使各班组沟通协调顺畅施工工序衔接紧凑；二是加强设备的日常检查维保，着力降低设备故障率，提升掘进工效；三是加强盾构掘进姿态控制和注浆效果、管片拼装质量控制，定期召开分析会，摸索总结经验提升施工质量；四是积极搜集不同地层掘进刀具的形式和参数，摸索出适应该地层性能比较稳定的刀具，减少换刀频次，提高掘进工效；五是强化对现场的服务意识，确保材料需求、设备故障第一时间得到响应。六是分阶段分层级对盾构掘进进行系统分析总结，形成一定的成果运用于现场。通过以上举措实现了成型隧道无漏水、管片无破损、错台，已成功穿越包含最深29.8米在内的两大溶洞群。在长距离硬岩地层掘进中实现月掘进150米，创造了国内同地层大直径盾构掘进的最高纪录。
目前，项目积极克服了刀具磨损、溶洞群、完整性极好的全断面硬岩地质等困难，稳扎稳打有序推进，已进入海域段施工820米，安全质量全面受控。以人为本凝聚人心
到过城轨公司大连地铁5号线过海段项目部的人，都会对项目部精致的布局、美观的设计、优美的环境留下深刻的印象。
项目党支部书记汤建军介绍，支部以“三基”建设为切入点，狠抓基层党建标准化。在党建工作中处处突出“以人为本”的理念，着力打造“幸福之家”“幸福项目部”。从项目建点规划的时候，就充分从员工的衣、食、住、行全面考虑，发放工装、改善伙食、提倡反探亲、开办便民超市等等，并尽一切可能丰富职工文娱生活，设置桌球室、兵乓球、篮球场，不定期组织文体活动，倡导员工劳逸结合，养成良好的生活习惯。
项目党支部围绕大直径泥水盾构施工，不断丰富员工业余文化活动载体，积极开展“三会一课”、打造“党员先锋工程”，开展评先创优、劳动竞赛，“项目成败，责任在我”“我与‘海宏号’共成长，大盾构助我实现梦想”等形式多样的主题活动，还扎实开展“不忘初心、牢记使命”主题教育、参与庆祝新中国成立70周年系列活动，激发参建员工的爱国热情、责任担当，引导员工关心项目、热爱项目、投身项目发展。
“党支部注重激励和引导作用的发挥。我们开展‘评先创优’，重奖先进，使大家学有榜样、赶有目标。积极营造‘尊重个人价值’的良好氛围，把工作当作事业来干。”汤建军表示，开工以来先后表彰先进集体6个，先进个人43人次。形成了“学先进、赶先进、超先进”的浓厚氛围。项目先后有13人受到大连地铁集团、大连地铁项目公司、城轨公司等单位的表彰，为“超级穿海”工程施工集聚正能量。
梭鱼湾上依然船舶穿梭，海底“超级穿海”工程正在英勇的中铁人手中向前挺进。这些敢于挑战“世界性难题”的勇士们必将在人类地铁建设史留下光辉的一页！
（本报记者 第五明辉 通讯员 汤建军 和豪）
