今天(8日)，一項填補世界空白的“大國重器”正式上崗！我國自主研發(fā)的全球首套盾構(gòu)超高壓“三元混合氣”帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng)，正式投用到甬舟鐵路金塘海底隧道的建設中。在這個海下78米的“超級工程”里施工，最大的挑戰(zhàn)不是黑暗，而是壓強。這里的水土壓力相當于手掌上站著一頭一噸重的大象。

海底施工，比如，給盾構(gòu)機更換刀具時，需要潛水作業(yè)。潛水員背的氣瓶里面是 壓縮空氣，也就是氧氣+氮氣+氦氣的組合。但高壓下的氮氣融入體內(nèi)，會造成醉氮，嚴重者會頭暈眼花、反應緩慢、失去判斷力等。而高壓下的氧氣，如果呼吸時間太長，則會造成氧中毒。

這套帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng)，能科學地動態(tài)配比氦氣、氮氣和氧氣比例，精準筑起一道生命呼吸屏障，有效解決盾構(gòu)機超高壓進艙更換刀具的世界公認難題。

這項全球首創(chuàng)的“中國方案”，究竟是怎樣在深海高壓下供氧的？它又將如何助推世界級工程打通海底禁區(qū)？

工作人員正在調(diào)試甲板減壓艙系統(tǒng)

金塘海底隧道是甬舟鐵路控制性工程，橫跨浙江寧波與舟山之間的金塘水道，全長16.18公里，盾構(gòu)段長11.21公里，為世界最長海底高鐵隧道。項目建設采用兩臺超大直徑盾構(gòu)機，分別從寧波、舟山兩側(cè)同步始發(fā)、相向掘進，在穿越高水壓及多種復雜地層后，在海底實現(xiàn)高精度對接。

不過，盾構(gòu)機超高壓進艙更換刀具作業(yè)是世界公認的難題。

中鐵十一局甬舟鐵路項目黨支部書記 殷鵬程：傳統(tǒng)壓縮空氣進艙作業(yè)的安全壓力上限為5.0bar，而金塘海底隧道最大埋深位于海平面下78米，最高水土壓力達8.5bar，相當于成年男子手掌面積需承受近一噸的重量。我們是承擔舟山側(cè)6270米盾構(gòu)施工任務，同時也是跨界借鑒深海潛水技術，研發(fā)出適用于盾構(gòu)施工的氦氮氧“三元混合氣”帶壓作業(yè)生命支持系統(tǒng)。

從2024年技術設想提出到最終落地，研發(fā)團隊聯(lián)合國內(nèi)頂尖科研力量穩(wěn)步推進。中鐵十一局甬舟鐵路項目機電副經(jīng)理 簡志華介紹道，團隊先后與上海交通大學、交通運輸部煙臺打撈局等專業(yè)機構(gòu)開展咨詢合作，引入深海潛水成熟經(jīng)驗，并邀請中國工程院院士錢七虎等權威專家反復論證，最終確立了“三元混合氣”飽和帶壓進艙作業(yè)的技術路徑。

中鐵十一局甬舟鐵路項目機電副經(jīng)理 簡志華：“三元混合氣”由氦氣、氮氣、氧氣按人體在高壓環(huán)境下生存的科學配比而成。其中氦氣密度低、擴散快、安全性高，能有效防止高壓 環(huán)境下作業(yè)人員出現(xiàn)“氮麻醉”“氧中毒”等風險，為深海超高壓環(huán)境下的生命維持筑起可靠的呼吸屏障。

作業(yè)人員甲板艙減壓

那么這套生命支持系統(tǒng)都有哪些模塊組成？又是如何來滿足金塘海底隧道超高壓工況的？

中鐵十一局甬舟鐵路項目機電副經(jīng)理 簡志華：我們這套生命支持系統(tǒng)涵蓋配氣、供氣兩大關鍵模塊，集配氣樞紐、供氣樞紐、人體呼吸器、甲板減壓艙、壓力監(jiān)測與流量控制等100多個子模塊于一體，采用全自動與手動控制相結(jié)合的方式運行，精準適配5.0bar至12bar中高壓作業(yè)區(qū)間。特別適合埋深大、水壓高的盾構(gòu)隧道工程，像穿江、越海這類的高風險施工段。

中鐵十一局甬舟鐵路項目總工程師匡新宇告訴中國之聲記者，與傳統(tǒng)方案相比，這套系統(tǒng)無需搭建大型前置駐艙系統(tǒng)，大幅縮短了檢修作業(yè)周期。輕量化設計便于運維，進艙人員經(jīng)專項培訓取證后就能上崗。

中鐵十一局甬舟鐵路項目總工程師 匡新宇：“三元混合”采用艙外供氣，二次減壓方式進行，換刀作業(yè)期間，進艙人員佩戴專用混合氣體呼吸器，由艙外管路供氣，艙內(nèi)主動回收呼出氣體。作業(yè)人員先在加壓艙加壓至設定的壓力，隨后依次穿越盾構(gòu)機人艙、氣墊倉、泥水倉，抵達刀盤背后，開展檢修換刀作業(yè)。作業(yè)完成任務后，人員嚴格遵循科學的減壓流程，依次通過人艙、甲板減壓艙，進行二級減壓后安全出艙。該系統(tǒng)單次可支持3人同步進艙作業(yè)，每次持續(xù)60分鐘，通過兩組人艙配合可實現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)，單日最高可更換4把刀具。模塊化結(jié)構(gòu)設計便于快速適配不同水壓及復雜地層的盾構(gòu)施工場景。

中鐵十一局甬舟鐵路項目黨支部書記 殷鵬程表示，投用前，已有過數(shù)百次模擬演練和實地測試。

中鐵十一局甬舟鐵路項目黨支部書記 殷鵬程：團隊已在5.9bar至7.5bar不同壓力條件下成功開展實驗，并在海底實際工況中完成200余人次安全進出艙作業(yè)驗證，為技術正式投用奠定了堅實基礎。

作業(yè)人員出艙

上海交通大學海洋水下工程科學研究院特殊環(huán)境生理醫(yī)學研究所所長 上海交通大學潛水培訓中心主任 石路：該技術通過精準配比氦、氮、氧三種氣體，有效消除高壓氮麻醉風險，大幅降低減壓病等安全隱患，顯著改善作業(yè)呼吸環(huán)境、延長作業(yè)時長、提升換刀施工效率。 此項創(chuàng)新突破傳統(tǒng)空氣帶壓作業(yè)極限，適配深埋跨海復雜地質(zhì)工況。

業(yè)內(nèi)人士認為，這項技術的成功應用，不僅為甬舟鐵路建設掃清關鍵障礙，更將為全球深海高壓隧道建設提供一套可復制、可推廣的“中國方案”，助力我國超高壓盾構(gòu)施工技術邁入世界前列。

甬舟鐵路計劃于2028年具備開通運營條件。項目建成運營后，將結(jié)束舟山群島不通鐵路的歷史，長三角唯一不通高鐵的地級市舟山市將接入全國鐵路網(wǎng)，對推動寧波舟山同城化發(fā)展，加快兩地融入長江經(jīng)濟帶，促進長三角一體化高質(zhì)量發(fā)展等具有重要意義。