國產(chǎn)最大直徑土壓平衡盾構機下線 “地下蛟龍”完美逆襲

　　我國研制的具有完全自主知識產(chǎn)權的最大直徑土壓平衡盾構機“錦繡號”近日下線，因其刀盤涂裝是一只懷抱嫩竹的大熊貓，被網(wǎng)友稱為“最萌大國重器”“功夫熊貓”。

　　盾構機，即使用盾構法的全斷面隧道掘進機，與敞開式施工法相對，在掘進的同時構建隧道之“盾”(支撐管片)，是當前主流的隧道施工機械，多用于地鐵和高鐵建設，有“工程機械之王”“地下蛟龍”“吃土神器”之稱。

　　十幾年前，我國在這一領域還受制于人，完全依賴進口。如今，我們完美逆襲。不過，作為這款盾構機的總設計師，中國鐵建重工集團股份有限公司掘進機研究設計院“85后”工程師鐘晴卻并沒有因創(chuàng)造了新的紀錄而“松一口氣”。這幾天，他一邊忙著協(xié)調(diào)驗收，確保“錦繡號”零問題發(fā)運；一邊忙著總結整理，因為在他心里，“盾構機的研發(fā)仍任重而道遠，最多的還是沉甸甸責任”。

　　“錦繡號”到底有多大，有哪些特點，如何工作？我國在盾構機研制上又是如何實現(xiàn)逆襲的？記者帶您一起探訪——

　　刷新紀錄：開挖直徑12.79米，長135米體積約是大火箭“胖五”的15倍

　　“錦繡號”有多高？“如果‘躺’著放，大約四層樓高，12.79米。”面對記者的詢問，鐘晴形象地說。

　　據(jù)介紹，盾構機這種重型機械是可以一次完成隧道施工的“吃土神器”，集傳感、液壓、信息技術、機電技術于一體，具有隧道開挖、出渣、襯砌、導向等功能。通常情況下，以盾構直徑(由刀盤直徑?jīng)Q定)來區(qū)分大小。這也就意味著，這臺“吃土神器”開過后，將形成一個直徑為12.79米的隧道，可容納兩輛高鐵并行。

　　“錦繡號”不僅高，而且長達135米、重達3000噸。用鐘晴的話說，如果把它豎起來，大概有45層樓那么高。與“腰圍”直徑5米、“身高”57米的大火箭“胖五”相比，體積約是“胖五”的15倍。

　　同樣是由鐵建重工研制，去年9月下線、前不久在北京東六環(huán)改造工程開啟地下穿越之旅的“京華號”，最大開挖直徑達16.07米、整機長150米、總重達4300噸，也被稱為國產(chǎn)最大直徑盾構機。與國產(chǎn)最大直徑土壓平衡盾構機“錦繡號”相比，這兩個“最大”到底有何區(qū)別？

　　原來，盾構機主要應用于開挖面不能自穩(wěn)的軟土及復合地層，分為土壓平衡盾構機、泥水平衡盾構機及雙模式盾構機三類。泥水平衡盾構機以泥漿為主要介質(zhì)平衡隧道開挖面地層壓力，通過泥漿輸送系統(tǒng)出渣，適用于富水高壓和地面沉降要求高的隧道施工；土壓平衡盾構機則以渣土為主要介質(zhì)平衡隧道開挖面地層壓力，通過螺旋輸送機出渣，適用于從粘土、砂土至軟硬不均復合地層；雙模式盾構機具備兩種掘進機模式。

　　“京華號”是泥水平衡盾構機，而“錦繡號”則是土壓平衡盾構機。也就是說，他們分別是各自類別中超大直徑盾構機(12米及以上直徑的盾構機)的“佼佼者”，為國內(nèi)長大隧道施工提供了有力保障。

　　據(jù)了解，通常情況下，用于地鐵隧道建設的盾構機開挖直徑較小，而高鐵因為速度快，對隧道直徑有著較高的需求。“而且如果盾構機開挖直徑夠大，便可實現(xiàn)‘單洞雙線’，不僅利用率高，在經(jīng)濟造價上也更加劃算。”鐘晴告訴記者，這也是他們革新技術、攻堅克難，一次又一次創(chuàng)造新的紀錄的動力所在。

　　不過，如此龐然大物，在工作時需要的人并不多。“通常情況下一個班組8至10人便可搞定，操控室僅需一人。”鐘晴說，操控室就相當于車輛的駕駛室，里面有多塊屏幕，可實時顯示盾構機的運行情況，操作臺上還有好幾排按鈕，用于手動控制盾構機姿態(tài)。

　　楊博文是“京華號”的“司機”。據(jù)他介紹，盾構機自動化的“智慧大腦”能夠精準地把誤差控制在厘米級，他們駕駛員所做的工作，就是要時刻觀察運行姿態(tài)，一旦自動設備出現(xiàn)問題，就立刻介入進行手動校準。

　　量身打造：采用高承壓能力的聚氨酯密封技術可承受10巴水土壓力，相當于5個成年人站在一個雞蛋上

　　“錦繡號”盾構機如同一列火車，以噴涂了“大熊貓”的刀盤為先導，采用八輻臂重型刀盤，配置19寸刀具。后面長長的“車廂”被稱為臺車，布置著主驅動、螺旋輸送機等。

　　“刀盤就相當于人的嘴，刀具就相當于有一口好牙，‘牙齒’內(nèi)里分工明確，滾刀破巖，切刀吃土。這些土會進入俗稱的‘土倉’，然后通過螺旋輸送機排出。”鐘晴告訴記者，倘若將隧道內(nèi)掘出的全部土壤平鋪在足球場上，可鋪15層樓那么高。

　　而這臺盾構機之所以刀盤涂裝采用熊貓圖案、取名“錦繡號”，皆因其即將服務的工程是四川首條時速350公里的高速鐵路成自高鐵的錦繡隧道。

　　據(jù)了解，一般情況下，每臺盾構機的制備均由使用單位下單、研制單位根據(jù)工程情況為其量身打造。

　　以“錦繡號”為例。錦繡隧道為成自高鐵關鍵節(jié)點工程，隧道全長3.65公里，盾構區(qū)間有2.62公里，且地理環(huán)境較為復雜，依次下穿城市主干道和機動車檢測站，沿線地面為成都市繁華地帶，建構物和既有的鐵路分布密集，有一定建設難度。

　　“盾構機穿越的地層主要為泥巖，這也是這個工程的難點。”鐘晴說，掘進時，這樣的地層條件極易造成刀盤結泥餅和主機扭轉。

　　對此，平均年齡約30歲的年輕團隊對“錦繡號”盾構機進行了針對性設計：八輻臂復合式重型刀盤可極大提高設備的結構穩(wěn)定性和耐磨性，是應對長距離掘進的“重要法寶”；采用單管單路高壓水噴射管路，以及增大刀盤中心的開口區(qū)域，加強沖洗，有效預防渣土淤積；盾體的底部還加焊高強度合金耐磨條，提高主機防扭能力。

　　除此之外，隧道還有一個特點是“深淺不一”——最小覆土厚度不足8米、最大埋深約60米。

　　據(jù)中鐵十四局成自高鐵錦繡隧道項目盾構掘進負責人李港介紹，為了應對覆土淺等復雜情況，“錦繡號”盾構機增設23個超前注漿孔、28個徑向注入口，可加強預先對周圍土體注漿加固，徑向注入支撐介質(zhì)，有效控制地面沉降，確保地面建筑不受影響。而面對隧道超大埋深帶來的極高水土壓力，“錦繡號”采用高承壓能力的聚氨酯密封技術，可承受隧道超大埋深帶來的極高水土壓力——10巴水土壓力，相當于5個成年人站在一個雞蛋上。

　　具體作業(yè)時，“錦繡號”可同時完成開挖、出渣、襯砌、導向等工序，在掘進過程中實現(xiàn)隧道主體結構一次成型。它并不是24小時都在掘進，而是每向前掘進1.8米，就要停下來“休息”一下。這個時候，便會啟動管片拼裝環(huán)節(jié)，9塊管片拼裝形成一個完整的圓環(huán)。管片被放到指定位置后，盾構機的油缸會立馬壓上，給管片以巨大的推力，這是這個“巨無霸”的力量之源。

　　“刀具以及密封類、油脂類材料等是易損耗材料。”鐘晴說，每掘進兩三百米，工作人員都會對刀具等開展一次檢查，如有損壞及時更換，確保作業(yè)質(zhì)效。

　　完美逆襲：從依賴進口到自主研發(fā)目前國產(chǎn)盾構機已占據(jù)國內(nèi)九成、全球六成以上市場

　　7月12日，由中國鐵建自主研發(fā)生產(chǎn)的11米級大直徑盾構機“勝利號”在莫斯科完成首條隧道貫通任務。

　　這一消息讓鐘晴和同事們都很高興。

　　這是中企在歐洲首個大直徑盾構項目的首條隧道貫通，而“勝利號”也是目前中國出口歐洲的最大直徑盾構機。

　　“現(xiàn)在我們不僅可以實現(xiàn)盾構機所有零部件的完全自主知識產(chǎn)權，而且還走向了世界，實現(xiàn)了完美逆襲，我們發(fā)自心底地感到開心。”鐘晴告訴記者。

　　據(jù)了解，上世紀80年代末，國內(nèi)修建隧道仍主要依靠人工鉆爆，不僅耗時耗力，還會遇到塌方、水淹等危險。到了90年代，北京、上海、廣州等大城市開始大規(guī)模建設地鐵，對新型機械裝備的需求急劇增加。當時，國內(nèi)使用的盾構機全部依賴進口，對方要價“高得離譜”。機器壞了，請國外工程師來維修，不僅要求從出發(fā)起就開始計算勞務、“漫天要價”，而且維修時不允許中國人站在跟前。

　　“我們大家都憋著一口氣，想在國產(chǎn)盾構機上沖出名堂來。”2008年，我國研發(fā)制造出第一臺具有自主知識產(chǎn)權的復合式土壓平衡盾構機——中國中鐵1號，突破國外核心技術封鎖。經(jīng)過十多年的探索和研發(fā)，中國盾構技術漸漸走在了世界前列。

　　記者聽到這樣一個故事：1997年，我國斥資6億多元購買德國維爾特公司兩臺敞開式隧道掘進機，用于西康鐵路秦嶺隧道建設。16年后的2013年，國內(nèi)企業(yè)反過來收購了德國維爾特公司硬巖掘進機及豎井鉆機的知識產(chǎn)權和品牌使用權。

　　全球首臺煤礦斜井雙模式掘進機、全球首臺永磁電機驅動盾構機……如今，在盾構機領域，“中國制造”已成為響當當?shù)钠放疲�不僅滿足了90%的國內(nèi)市場需求，同時大規(guī)模開拓國際市場，占據(jù)全球六成以上市場份額。鐵建重工等地下工程裝備企業(yè)，研制了諸多類型產(chǎn)品，攻克了多項“卡脖子”技術，完成了技術從跟跑到部分領跑、市場份額從配角到主角的歷史性轉變。“錦繡號”的問世，更是進一步鞏固了國產(chǎn)隧道掘進技術裝備的自主可控能力。

　　本報記者 王珍