【產(chǎn)品】國(guó)產(chǎn)最大直徑“春風(fēng)號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)

01 需求背景

目前我國(guó)城市集群的建設(shè)發(fā)展正在快速穩(wěn)定地推進(jìn)，上海、深圳、南京、武漢、重慶、杭州等城市為建立城市發(fā)展的立體交通網(wǎng)絡(luò)和南北交通的快速通道，正在建設(shè)或籌建多條越江隧道，另外規(guī)劃中的渤海灣隧道、瓊州海峽隧道等隧道工程對(duì)超大直徑、高承壓的高科技大型復(fù)雜隧道施工裝備需求巨大。盾構(gòu)機(jī)是用于鐵路、公路、水利及城市軌道交通等地下隧道空間快速開挖的現(xiàn)代化綜合性技術(shù)裝備，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)；也是目前世界上最先進(jìn)的隧道開挖和建設(shè)技術(shù)裝備，代表著一個(gè)國(guó)家重大技術(shù)裝備的發(fā)展水平，因此城市集群發(fā)展中超大直徑越江跨海隧道的安全高效建設(shè)離不開超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用。

基于城市集群發(fā)展越江隧道建設(shè)工程和行業(yè)發(fā)展需求，中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司集中優(yōu)勢(shì)資源，合理分配任務(wù)，開展超大直徑氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)研發(fā)課題，對(duì)課題中整機(jī)集成技術(shù)、刀盤伸縮擺動(dòng)技術(shù)、常壓換刀技術(shù)、刀具狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、刀盤開挖直徑測(cè)量預(yù)警技術(shù)、氣墊倉(cāng)滯排和倉(cāng)內(nèi)破碎機(jī)故障率高等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題開展攻關(guān)，于2018 年9 月完成了深圳春風(fēng)隧道φ15.80m 超大直徑氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的研制（圖2-2-1），該設(shè)備的成功研制打破了超大直徑泥水盾構(gòu)國(guó)外品牌的技術(shù)壟斷，解決了大斷面、高水壓、長(zhǎng)距離、破碎地層、小曲線超大直徑隧道施工安全性差、施工效率低的缺點(diǎn)。設(shè)備應(yīng)用于深圳市春風(fēng)隧道工程，其是深圳市首條“單洞雙層”構(gòu)造的機(jī)動(dòng)車隧道，對(duì)于完善深圳地下工程建設(shè)具有重要影響和積極意義。

圖2-2-1　國(guó)產(chǎn)最大直徑“春風(fēng)號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)

02 技術(shù)創(chuàng)新

該泥水平衡盾構(gòu)機(jī)開挖直徑15.80m，為我國(guó)自主研制最大直徑盾構(gòu)機(jī)，應(yīng)用于深圳市春風(fēng)隧道工程。該盾構(gòu)機(jī)可適應(yīng)全斷面硬巖、上軟下硬、斷層破碎帶等地質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)掘進(jìn)與隧道襯砌作業(yè)同步、物料運(yùn)輸與道路作業(yè)同步，為大斷面、高水壓、長(zhǎng)距離、破碎地層、小曲線超大直徑隧道的修建提供了一種高效、安全的解決方案。

該泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

1） 雙破碎渣土分級(jí)處理技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)創(chuàng)新地提出了增大格柵通過粒徑，設(shè)置倉(cāng)內(nèi)倉(cāng)外雙破碎機(jī)對(duì)渣土進(jìn)行分級(jí)處理的技術(shù)，該技術(shù)可降低破碎地層、上軟下硬地層的堵倉(cāng)滯排、排漿泵堵泵問題的發(fā)生，大大提高施工效率。

2） 高水壓下常壓換刀裝置維修更換技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)針對(duì)應(yīng)用隧道高水壓、長(zhǎng)距離的問題，采用了常壓換刀刀盤的設(shè)計(jì)，提高了刀具更換的安全性和換刀效率。常壓換刀裝置作為常壓換刀刀盤最關(guān)鍵的部件，施工過程中可能存在密封失效、常壓換刀裝置損壞等問題。為保證常壓換刀裝置的安全更換，該盾構(gòu)機(jī)提出了操作人員在常壓環(huán)境下對(duì)常壓換刀裝置進(jìn)行維修更換的技術(shù)，保證了施工安全。

3） 小曲線施工預(yù)警技術(shù)

超大直徑隧道轉(zhuǎn)彎半徑越來越小，尤其是城市超大直徑隧道。該盾構(gòu)設(shè)置的刀具磨損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、開挖間隙測(cè)量系統(tǒng)、盾尾間隙測(cè)量系統(tǒng)等，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)開挖直徑和盾構(gòu)姿態(tài)，降低盾構(gòu)卡盾概率。

4） 刀具狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)配置了刀具狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，操作人員在主控室可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具磨損、旋轉(zhuǎn)、溫度情況，為刀具檢測(cè)和更換提供依據(jù)，避免人員進(jìn)倉(cāng)檢查導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)問題，同時(shí)也避免了拆裝刀具影響掘進(jìn)效率問題。

03 工程應(yīng)用

超大直徑“春風(fēng)號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用于深圳市春風(fēng)隧道工程（圖2-2-2），現(xiàn)已完成組裝始發(fā)。深圳市春風(fēng)隧道工程施工難度在當(dāng)前整個(gè)國(guó)內(nèi)隧道行業(yè)都前所未有，施工中“春風(fēng)號(hào)”盾構(gòu)機(jī)需穿越深圳地鐵9 號(hào)線、布吉河、深圳火車站、深圳海關(guān)大樓等眾多風(fēng)險(xiǎn)源，及花崗巖、片巖、變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂巖等復(fù)雜地層。針對(duì)春風(fēng)隧道一系列特殊的高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境，中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司對(duì)“春風(fēng)號(hào)”盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)，配備了常壓換刀功能的刀盤，具備超前地質(zhì)預(yù)報(bào)功能的探測(cè)系統(tǒng)等。

圖2-2-2　深圳市春風(fēng)隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)

04 社會(huì)效益

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的超大直徑盾構(gòu)機(jī)幾乎全部依賴進(jìn)口，盾構(gòu)機(jī)成本高，成為制約我國(guó)超大徑隧道開挖的重要因素。國(guó)產(chǎn)品牌最大直徑（15.80m）“春風(fēng)號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)成功研制，標(biāo)志著中國(guó)盾構(gòu)的設(shè)計(jì)制造邁向高端化，打破了超大直徑泥水盾構(gòu)國(guó)外品牌的技術(shù)壟斷，在地下空間開發(fā)工程裝備領(lǐng)域進(jìn)一步推動(dòng)了中國(guó)由制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)的前進(jìn)步伐。同時(shí)，超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造攻克了一批關(guān)鍵共性技術(shù)問題，形成了一批具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性成果，完善了超大直徑盾構(gòu)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論，使我國(guó)的重大高端裝備技術(shù)進(jìn)一步得到提升，逐漸成為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，滿足國(guó)內(nèi)甚至國(guó)外超大直徑隧道建設(shè)需求。（來源：本文節(jié)選自《中國(guó)盾構(gòu)工程科技新進(jìn)展》）

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