Mehrere Weltrekorde aufgestellt! Chinas selbst entwickelte neue Schildvortriebsmaschine zum Werkzeugwechsel erfolgreich eingesetzt
Am 23. Juli führte die von der China Railway 11. Bureau Group selbst entwickelte weltweit erste „Dreikomponenten-Mischgas“-Druckluft-Arbeitsausrüstung für Schildvortriebsmaschinen im längsten unterseeischen Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntunnel der Welt – dem Jintang-Meeresboden-Tunnel der Yongzhou-Eisenbahn – den ersten groß angelegten Druckluft-Werkzeugwechsel unter extrem hohem Druck durch. Dabei wurden mehrere Weltrekorde im Bereich des Schildvortriebs aufgestellt, darunter der höchste Arbeitsdruck, die häufigsten Werkzeugwechsel unter extrem hohem Druck und die längste ununterbrochene Arbeitsperiode. Es entstand eine vollständige Technologiekette, die Ausrüstungsherstellung, Arbeitskontrolle und Personalschulung umfasst, und das langjährige technologische Monopol des Auslands wurde gebrochen.
Das letzte Werkzeug wird aus der Personenschleuse transportiert
Der Werkzeugwechsel dauerte 75 Tage. Das Bauteam führte die Arbeiten an sechs Stellen in 64 Metern Tiefe unter dem Meeresspiegel durch, absolvierte insgesamt 313 Druckluft-Schleusenarbeiten und 936 sichere Personenschleusendurchgänge und wechselte erfolgreich 67 verschiedene Werkzeuge. Dies bestätigte die Zuverlässigkeit des „Dreikomponenten-Mischgases“ in der praktischen Anwendung.
Der Jintang-Meeresboden-Tunnel ist das beherrschende Bauwerk der gesamten Yongzhou-Eisenbahn. Er durchquert die Jintang-Wasserstraße zwischen Ningbo und Zhoushan in der Provinz Zhejiang, ist 16,18 km lang, wovon der Schildvortriebsabschnitt 11,21 km beträgt, und ist der längste unterseeische Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntunnel der Welt.
Für den Bau des Projekts werden zwei Schildvortriebsmaschinen mit übergroßem Durchmesser eingesetzt, die gleichzeitig von den Seiten Ningbo und Zhoushan starten und aufeinander zubohren. Nach dem Durchqueren von hohem Wasserdruck und verschiedenen komplexen Schichten treffen sie am Meeresboden mit hoher Präzision aufeinander. Die maximale Überdeckung des Tunnels liegt 78 Meter unter dem Meeresspiegel, der maximale Boden- und Wasserdruck beträgt 8,5 bar, was einer Belastung von fast 40 kg auf der Fläche einer Ein-Yuan-Münze entspricht.
Die Geologie des Meeresboden-Tunnels ist komplex und wechselhaft. Wenn die Schildvortriebsmaschine von einer Weichbodenschicht in eine Hartgesteinsschicht übergeht, müssen die Weichboden-Reißwerkzeuge durch Hartgestein-Rollenmeißel ersetzt werden. Die Arbeit in der Schleuse unter extrem hohem Druck war lange Zeit ein schwieriges Problem für den Schildvortrieb in unterseeischen Tunneln weltweit. Die China Railway 11. Bureau Group, die für die 6270 Meter lange Schildvortriebsstrecke auf der Zhoushan-Seite verantwortlich ist, brachte innovativ das Konzept der Druckluftarbeit mit einem Helium-Stickstoff-Sauerstoff-„Dreikomponenten-Mischgas“ für Schildvortriebsmaschinen ein. Sie lud Akademiker und Expertenteams der Branche zu wiederholten Diskussionen und zur Überprüfung und Ausrichtung ein und legte schließlich den technischen Weg fest.
Im „Dreikomponenten-Mischgas“ hat Helium eine geringe Dichte, diffundiert schnell und ist sehr sicher. Es kann das Risiko von „Stickstoffnarkose“ und „Sauerstoffvergiftung“ für Arbeiter unter extrem hohem Druck wirksam verhindern und eine sichere Atembarriere für Arbeiten in der Tiefsee unter extrem hohem Druck schaffen.
Am 8. Mai 2026 wurde die weltweit erste „Dreikomponenten-Mischgas“-Druckluft-Arbeitsausrüstung für Schildvortriebsmaschinen offiziell beim Bau des Jintang-Meeresboden-Tunnels eingesetzt. Das Forschungsteam führte über tausend Drucksimulationstests und Feldbedingungsvalidierungen durch und überwand eine Reihe technischer Herausforderungen, darunter die präzise Mischungsverhältnis des Mischgases, die vollautomatische Gasversorgungsregelung, die gestaffelte sichere Dekompression und die Rückgewinnung der Ausatemluft.
Die Ausrüstung umfasst 113 Untermodule, darunter eine Gasverteilerstation, eine Gasversorgungsstation, spezielle Atemschutzgeräte, eine Druckkammer auf dem Deck und ein intelligentes Druck- und Durchflussregelungssystem. Sie kann das Gasmischungsverhältnis dynamisch an verschiedene Wasserdruckumgebungen anpassen, präzise für den Arbeitsbereich von 5 bis 12 bar unter extrem hohem Druck geeignet sein und einen technologischen Durchbruch bei der Ausrüstung für Druckluftarbeiten in der Schleuse in Tiefen von bis zu 100 Metern erzielen.
Dank dieser innovativen Technologie verzichtet die „Dreikomponenten-Mischgas“-Ausrüstung auf das sperrige vorgelagerte Druckkammer-System herkömmlicher Helium-Sauerstoff-Sättigungs-Druckluft-Arbeitsausrüstungen und ermöglicht eine leichte, modulare Anordnung sowie einen schnellen Einsatz vor Ort. Die Arbeiter können nach einer professionellen Schulung, Prüfung und Zertifizierung ihre Arbeit aufnehmen. Die Ausrüstung unterstützt gleichzeitig den Einstieg von 3 Personen in die Schleuse, die effektive Arbeitszeit pro Person und Einstieg beträgt 60 Minuten. Zwei Personenschleusen arbeiten im Wechsel und ermöglichen einen 24-Stunden-Dauerbetrieb.
Während der Arbeit tragen die in die Schleuse eintretenden Personen spezielle Mischgas-Atemschutzgeräte, die über eine externe Leitung mit Gas versorgt werden, während die Ausatemluft aktiv in der Schleuse zurückgewonnen wird. Die Arbeiter werden zunächst in der Druckkammer auf den vorgesehenen Druck gebracht, durchqueren dann nacheinander die Personenschleuse, die Luftpolsterkammer und die Schlammkammer der Schildvortriebsmaschine, erreichen die Rückseite des Schneidrads und stehen direkt vor der Tunnelbrust. Nach Abschluss der Aufgabe werden sie wissenschaftlich dekomprimiert, verlassen die Schleuse und begeben sich zur sekundären Dekompressions- und Erholungsphase in die Druckkammer auf dem Deck.
Derzeit hat die Ausrüstung standardisierte, komplette Bauverfahren und ein Sicherheitskontrollsystem hervorgebracht und eine reproduzierbare und verallgemeinerbare „chinesische Lösung“ für den Tunnelbau unter extrem hohem Druck geschaffen. Sie hat wertvolle praktische Erfahrungen und technische Ergebnisse für den Bau von Tiefsee-Tunneln und großen unterseeischen Projekten im In- und Ausland gesammelt.
Bis heute wurden im Schildvortriebsabschnitt des Jintang-Meeresboden-Tunnels 10.005 Meter vorgetrieben, was etwa 89,3 % entspricht. Gemäß der Bauplanung werden die nachfolgenden Bauarbeiten weiterhin auf dieses Ausrüstungssystem angewiesen sein, um die Sicherheit der Druckluftarbeiten zu gewährleisten und die termingerechte Durchörterung des Tunnels sicherzustellen.
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