從長江江底穿過，這條5468.5米長的輸電線路世界最先進

來自專欄了不起的中國製造

出品| 網易新聞

作者| 千里雲帆，未來的科研工作者

　　中國地域遼闊，能源資源分布極不均勻：煤炭資源的69%集中在「三西」地區（山西、陝西和內蒙古西部）和雲南、貴州，水能資源的77%分布在西南和西北地區，而人口稠密、經濟較發達的中東部地區能源資源卻很匱乏，用電負荷龐大並且呈逐年增加趨勢。

　　為了解決這種能源的巨大不平衡，中國提出了「西電東送」工程，它是西部大開發的標誌性工程之一，其同時開工的工程之多、規模之大史無前例。「西電東送」中有著許許多多的黑科技，我們今天要介紹的連接長江兩岸的蘇通GIL綜合管廊工程就是其中之一。

（一）蘇通GIL綜合管廊工程是什麼？

　　GIL，即氣體絕緣金屬封閉輸電線路，是一種採用金屬導電杆輸電，並將其封閉於接地的金屬外殼中，通過壓力實現氣體絕緣的技術。

　　蘇通GIL綜合管廊工程是淮南-南京-上海1000千伏交流特高壓輸變電工程的關鍵單體工程，它是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、技術水平最先進的超長距離GIL工程，也是華東特高壓交流環網實現合環運行和江蘇電網的重要通道。

　　該工程由南、北端工作井和管廊（隧道）三部分組成。管廊起於蘇州引接站，止於南通引接站，工程隧道全長5468米，採用敷設於管廊中的兩回1000千伏GIL管線穿越長江，核准動態總投資約47.63億元，2016年8月開工建設，預計2019年10月建成投運。

　　工程建成後，中國淮南-南京-上海之間特高壓交流雙環網將實現合環運行，形成貫穿皖、蘇、浙、滬負荷中心的1000KV特高壓交流環網，新增輸電能力3500萬千瓦，大大提高華東地區內部電力交換和接納區外來電的能力，並且每年可減少發電用煤2億噸，減排二氧化硫96萬噸、氮氧化物53萬噸、煙塵11萬噸，對促進華東地區經濟社會發展，生態環境和諧發展具有重要意義。

（二）輸電線路過江為什麼要選擇GIL？

　　在GIL輸電線路之前，國內最常見的輸電線路是架空輸電線路。架空輸電線路技術成熟、建設成本低、施工周期短、易於維護，但露天架設的高空輸電線路卻極易受到外界環境的限制。

　　一方面，在面對極端自然天氣時，架空輸電線路較易出現損壞，造成巨大的損失，如2008年初南方發生的冰雪災害，冰雪壓倒了一批批架空輸電線路桿塔，導致大量線路斷落，電網嚴重受損，不少地方電力供應中斷。其中受災最嚴重的貴州有77%的輸電線路受損，70%的變電站停運，時間長達12天。

　　另一方面，在一些特殊的地理環境下，架設高空輸電線路的難度過大，且會對周邊生態環境、居民生活造成巨大影響。淮南-南京-上海1000千伏交流特高壓輸變電工程在跨越長江時就遇到了這樣的難題。

　　如果採取以往的架空高壓輸電方式，就必須進行「大跨越」。但江面寬度超過5000米，根據計算，鐵塔高度將超過400米，施工風險極大。加之「大跨越」方案工程量大、施工周期長，建設和維護資金高，而且受航空限高制約，對航道影響大，需要特殊設計。

　　此外，常規電力電纜的纜芯截面有限制，一般不超過2500平方毫米，額定電流不大於2000安，而GIL的中間導體的截面沒有限制，因此額定電流可以做得相當大，目前最大可達8000安。而且，GIL內導體和外殼截面積大、電阻損耗很小，通常每米在100~200瓦，在輸送容量相同的電流時，損耗也遠遠小於電纜。

　　綜合考慮這些因素之後，建設單位調整了原有方案，選擇了蘇通GIL綜合管廊工程的建設。

（三）工程建設時克服了哪些困難？

　　工程要想保證高質量完成，就必須在項目開始前做足充分的準備。

　　為此，工程方成立了由物探、測量、工程地質與水文地質等專業組成的專家團隊，進行了第一手的數據勘察及分析。

　　但勘察剛開始便遇到了很大的困難。隧道管廊距蘇通大橋最近距離僅700米，大橋水域船隻通行量大，主航道勘察協調難度大。經過協調，工程方先後投入4個作業平台施工，累計完成水域勘探孔151個，進尺超過15000米，得到了大量寶貴的勘察數據。

　　在國家規範和技術要求下，經過4個月的野外布網、測量和計算，工程方將工程平面控制網對岸之間的相鄰控制點最弱相對點位誤差控制在0.7毫米，同岸側相鄰控制點最弱相對點位誤差控制在1.3毫米，高程式控制制網最弱點高程誤差控制在±2.59毫米，保證了工程的精準。

　　除了勘探外，工程建設過程中同樣有著不可勝數的困難。

　　第一個面對的就是對長江水道通行的影響。蘇通GIL管廊通過在泥面以下用盾構的方式「穿針引線」連接整個工程，而這嚴重影響了線路上的航路通行。

　　為了解決這個問題，一方面工程對船舶進行分級管制，並與南京港相關部門及沿江錨地管理單位進行溝通，掌握船舶動態，合理編製船舶進出江計劃。另一方面，工程盡量減少了鑽孔點和拋錨點的數量，整個工程設置8個錨，每40米僅設置一個勘探鑽孔點，鑽孔深度打在泥面以下55-70米，每個月安排2次作業時間段，每次作業時間約6-8天，以盡量減少對船舶正常通行的影響。

　　工程面臨的另一個巨大的問題，是要穿過長達1800米的有害氣體地層。

　　該地層不僅含有多種有毒氣體，而且壓力巨大，世界罕見。這是對整個工程氣密標準的挑戰，稍有不慎，讓有毒氣體滲入隧道，很可能造成人員傷亡。

　　不僅如此，施工過程中，隧道的溫度會大幅升高，加上其內部潮濕的環境，極易造成施工人員的中暑。

　　針對這一難題，工程項目組創新研製出一套全新的風筒儲存裝置，使泥水盾構的氣密性達到了國家最高安全標準，大大降低了隧道工作溫度和有害氣體的潛在危害，保證了隧道施工人員的安全。

　　工程遇到的第三個挑戰，是水下深度78米這個埋深深度的問題。

　　這個深度的水土壓力超過0.8兆帕，是國內目前盾構機挖掘過程中遇到了最高壓強，相當於每平方厘米9.8千克的壓力。

　　為此，整個工程的所有裝置都經過了特殊防爆設計，包括盾構機的主要部件、光電系統等，都是根據巨大壓力的需求而特殊定製。這使整個工程的安全係數大大提高，從而使我們成功突破了這個困難。

（四）卓越號盾構機——蘇通GIL工程的技術擔當

　　蘇通GIL工程是世界上首個特高壓GIL綜合管廊工程，建設面臨多個罕見難題：隧道直徑大，掘進距離長，承壓水頭高，工程穿越的地層複雜，河流底層變化大。面對這些巨大難題，中國打造了全新的大直徑盾構機「卓越號」，以挑戰「埋深最深、水壓最高」的難題，擔當起5468.5米隧道的掘進重任。

　　盾構機總長140米，總重量2558噸，刀盤主驅動200噸，刀盤263噸，刀盤驅動裝機功率3000千瓦，是中鐵十四局用時七個半月為工程量身定製的，創下了大直徑盾構機製造周期最短的世界紀錄。

　　為應對最大壓力，盾構機刀盤主驅動和攪拌器的軸承密封分別採用多道外密封、內密封、唇形密封，採用自動背壓調節系統，以提高密封可靠性；盾構開挖掌子面使用Samson系統進行壓力實時平衡調節，確保穩定；盾尾密封設計及布置形式的創新，可實現洞內更換盾尾刷，密封效果大大提高；而且，其人艙、物料艙最大工作壓力達到10個大氣壓……這些都確保了進倉作業者和盾構機的安全。

　　在長江江底用盾構施工，長時間停機有巨大的風險。尤其當它處於全斷麵粉砂地層時，重達1300噸的主機一旦停機，將出現下沉、失穩等狀況，有塌方、冒頂、刀盤被卡死等風險，造成不可預計的損失。因此，隧道掘進採用的是泥水平衡盾構機，一旦開始掘進，就24小時不停，直到隧道貫通。

結語

　　目前，蘇通GIL綜合管廊工程已連續克服江南大堤、1800米有害氣體地層、江底沖槽、5％上坡段，國內最深水下78米節點等安全風險點，累計掘進四千四百多米，工程已接近完成。

　　蘇通GIL工程將特高壓輸電和盾構隧道管廊相結合，為跨海、跨江輸電以及城市地下綜合管廊等提供了新的解決方案，代表了中國在大型工程上新的突破。

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編輯| 孫健航、史文慧