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上海市土木工程学会
当我们站在28米深的崇明岛过江井井底，屏息凝神，专心聆听“长瀛号”盾构机转动的轰鸣声逐渐清晰。随着洞口第一块泥土徐徐坠落，红色盾构机头破茧而出，银白色刀片威风凛凛地进入视野。历经10年策划、5年施工，上海市重大工程项目—上海市天然气主干管网崇明岛~长兴岛~浦东新区五号沟LNG站管道工程（以下简称“过江管工程”）之隧道工程于2021年全线贯通。 过江管工程由上海燃气旗下所属上海天然气管网有限公司负责建设，总投资约18.4亿元，工程共分为隧道工程、管道工程、场站工程和配套设施四部分。其中隧道工程全长近15.2公里，隧道内径3.4米，采用泥水平衡盾构法施工工艺，分A线和B线，A线从长兴岛至崇明岛，穿越长江北港，长约8.2公里，B线从浦东新区五号沟至长兴岛，穿越长江南港，长约6.9公里；管道工程全长约24.5公里，设计压力6.0MPa，输气规模60万立方米/时，管道规格D813×15.9 mm，管材L415，自崇明岛南岸崇明清管站开始，沿G40沪陕高速敷设经长兴岛至浦东新区G40、G1501立交向南，沿浦东新区G1501至规划巨峰路向东至五号沟LNG站；场站工程包括崇明清管单元、长兴清管站、长兴调压计量单元、长兴过江井站、曹路过江井站和五号沟LNG站清管单元；配套设施包括DMS/SCADA系统工程等。
过江管线路走向示意图 过江管工程是上海市天然气主干管网建设以来首次运用盾构法施工工艺穿越长江，是目前为止全国一次性掘进距离最长的小直径泥水平衡盾构法越江隧道，同时也是上海燃气首次在隧道内进行高压天然气管道安装施工作业，施工难度巨大，困难极多。 过江管工程隧道A线长达约8.2km，且要一次性完成推进，已经超越常规盾构机的大修里程，隧道内径仅3.4m是典型的受限空间。就是这样一条超长距离小直径的隧道给盾构的设备、交通、管理都带来了巨大的挑战。
针对这一难题，项目订制了专用的泥水平衡盾构机，根据一次性掘进10公里设计刀盘、密封等系统，建立了超长距离高压燃气隧道的盾构施工和风险控制数字化管控平台，可实时监控盾构机、泥水循环系统、水平运输系统、通风系统等各项运行参数，可实时掌握隧道内有害气体和环境的状况，可实现项目部和总部的风险管控、故障分析与处置。 超长距离隧道运输时间随着距离的增长而延长，超过2公里的盾构就会出现推进等待管片运输的情况，然而小直径隧道空间狭小，难以开辟第二条运输路线，长距离运输是小直径长距离盾构的长期难题。 针对运输效率难题，项目建立了“小直径超长距离盾构高效运输系统”： 管片举升器消除列车等候时间并实现存储2环的功能； 多个岔道实现多台列车同时运输，减少平均每环管片的供应时间； 工作井内平移平台实现单列车装卸2环的功能； 实现多列车在隧道内调度运输的实时管控； 快速充电，增加电瓶车使用安全性； 免人车碰撞的同时使人员上下班更加便捷。 长距离隧道测量相对于常规隧道测量来说，精度控制非常困难，目前仅靠高精度普通全站仪测量导线远远无法满足盾构隧道精确贯通的要求。 针对保证长距离轴线控制的难题，项目采取的措施如下： 确保长兴岛盾构推进与崇明接收井建设在同一测量基准的基础上； 利用陀螺全站仪的自动寻北功能，消减长距离测量仪器误差的累计，提高隧道轴线控制精度； 在进洞前200m在隧道内进行垂直顶升至地面形成通道，通过测量仪器直接观察进洞轴线偏差，确保顺利进洞。 在内径仅有3.4m的隧道内进行DN800管道施工作业，有效作业空间只有2.7m×2.75m，给管道的运输、安装、焊接等环节增加了不小的难度。
我们定制研发了适用于小直径隧道内管道运输的电动小车，具备长距离运输、管道安装就位、防浮块同步安装等多项功能；设计了隧道内管道安装时的通风系统，确保人员氧气需求；研发了焊接烟尘吸烟装置，创造良好的作业环境；解决了潮湿环境下管道焊接作业难题，提高了管道施工质量；隧道内通信系统、视频监控系统全线覆盖，确保人员安全。
过江管工程首次将光纤监测预警系统应用于天然气管网建设与运营。光纤监测预警系统采用分布式光纤测温系统及分布式光纤震动探测系统，对燃气管道开展24小时全天候、无死角监控，具有定位精度高、事件类型分类准确、实时性好等优势，大幅提升燃气管道的监测水平，为项目的顺利实施添砖加瓦。 长江底下，土质松软、地质复杂、水压极大，稍有不慎，就会影响整体建设进度。同时，隧道穿越的长江北港地层中蕴含了丰富的沼气，沼气可以通过盾尾和管片间隙，渗透进入通风效果不佳的隧道，形成多种安全风险。为了尽最大可能排除现场风险点，我们以数字化赋能工程建设，锻造实时监测、反应灵敏的“千里眼”和“顺风耳”。
项目建立了“超长有限作业空间施工安全管控体系”： 项目建立集成管理多元信息的中控室，含盾构机主要运行参数、通风系统和泥水循环系统的运行状态，人员定位系统、高清监控系统等多元通讯设备，达到高效智能管控和高效沟通的效果。 项目建立有毒有害气体检测和预警机制，设置固定式、移动式、生物式气体报警仪器设备，设定预警值。 定制随盾构机移动的应急处置避难仓及微型消防站，内设自救器、地面供给压缩空气、水、食物、舱外空气指标显示等物资设备。 对全体作业人员培训应急物资使用方法，每季度精心策划开展专项应急演练，并拍摄纪录片用于交底。 项目打造超长距离接力送风系统，保证隧道内人员正常呼吸和有害气体及时疏散。 待2023年四季度，这条天然气“大动脉”的最终建成将结束长兴岛无管道输送燃气历史，既担任了崇明岛和长兴岛建设现代化生态区的重要保障，同时也满足了长兴岛造船基地和居民、浦东新区大用户用气需求，缓解了浦东新区北部局部供气压力较低的问题，稳定可靠地自上海浦东向崇明世界级生态岛建设注入源源不断的清洁能量，同时也为上海天然气超高压管道形成完整的“○”型闭环奠定基础。结合正在实施的临港-五号沟项目、沪苏联络线等项目全方位实现长三角区域主干管网“互连互通”，进一步保障长三角地区天然气安全供应，有力助推长三角一体化国家战略的推进实施。  |
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