【中交一公局集团】武装到“牙齿”的国之重器

中交一公局集团北京东六环改造工程是“运河号”盾构机是履带吊的国内首秀场。 从2021年盾构始发，至2023年隧道贯通，“运河号”多点发力、逐个击破，完成了一次又一次极限穿越之旅。“‘运河号’是履带吊的投用，标志着中国超大直径盾构隧道施工依靠国外品牌时代是履带吊的终结。这台国之重器，可以说是武装到了牙齿！”勾常春，时任隧道局东六环改造工程机电总工程师，对“运河号”这台大国重器的“独门绝技”如数家珍。 “运河号”盾构机群刀组合配置刀盘 “运河号”盾构机的刀盘位于最前端，总重量达530吨，约是地铁施工中使用的常规盾构机刀盘重量的10倍。强大的破岩能力和良好的耐磨性是检验盾构机刀盘性能的关键因素。“运河号”焊接型先行刀采用大合金、大宽度和大厚度的重型撕裂刀，宽300毫米、厚80毫米，硬质合金高度达80毫米，刀体裸露部分焊接了耐磨钉和耐磨堆焊。刀盘采用分层布置设计，由内到外分为5层，通过在内外周配备不同数量的刀具，提高了刀盘的切削能力和耐磨耐久性，满足盾构机所处各类地层的掘进要求。“这些核心技术让‘运河号’ 实现了超大直径盾构在致密砂层中连续掘进2.6公里无需停机换刀，提高盾构施工效率10% 。”勾常春说。光纤磨损检测替代人工 盾构机凭借前端刀具“吞石吐泥”，刀具就好像是它的“牙齿”，吃土吃多了难免会有磨损。盾构施工中，准确了解刀盘磨损程度至关重要。 “运河号”盾构机接收 传统方法中，工作人员需定期对刀头进行人工检查。而“运河号”在 全球范围内首次将光纤磨损检测技术应用于盾构刀具检测 。刀盘上设计了12处磨损检测装置，工程师在磨损检测装置的头部嵌入光纤磨损检测传感器，通过传出的光信号进行反射光光谱数据解调，然后采集数据解析，即可推算出刀具的磨损情况。 “与传统的检查相比，该技术不仅安全、高效，更环保、精准，还能提前预防刀具异常磨损，实现对刀具全生命周期管控。通过这项技术，施工人员能清楚知晓何时该换刀，无需人工检查，也降低了刀具成本。”勾常春说。 分层逆洗防止堵塞 “运河号”盾构机掘进过程中，主要依靠泥浆作为支护材料。泥浆通过贯穿整台盾构机的送泥管进入泥水舱，在压力控制下，短时间内可在开挖面上形成不透水的泥膜，平衡水土压力，保证隧道开挖面的稳定。刀盘切削下来的土体与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排泥泵及管道输送至地面处理系统，实现泥浆与渣土分离。但是在不同的土层中，盾构机也会遇到排泥管口大量砾石堆积以及内部管路发生堵塞的现象，致使泥水难以排送，盾构推进被迫停止。若盾构机突然堵塞，压力会瞬间上升，严重时会造成地层冒顶、泥浆窜出地面或者穿透河底。 “运河号”盾构机内部 为了防止堵塞，“运河号”采用了 自主研制的泥水仓分层逆洗技术 。“运河号”的泥水循环系统内配置了多个压力传感器，可自动识别可能堵管的位置，通过逆洗及时防止排浆管堵塞。“分层逆洗装置一共设置了3层，每层高度大约5米，利用上面的备用泥水管路进行分层逆洗，即可起到疏通泥水仓的作用，从而快速恢复掘进施工，防止地面坍塌等风险。”勾常春介绍道。 刀盘伸缩装置让盾构“活”起来 刀盘伸缩功能是“运河号”的又一大亮点。“刀盘伸缩功能就像人体关节，让盾构机‘活’了起来！”勾常春形容道。 “运河号”盾构机内部 以往盾构机的刀盘不会伸缩，一旦出现问题只能派维修人员进入盾构机内部维修和更换边缘刀具，费时费力。“运河号”盾构机在主驱系统外筒体处加长，同时配备18组拖拉油缸，实现主驱前后伸缩，最大伸缩量可达400毫米。掘进时，若遇到未知障碍物或地层突变塌方等导致刀盘卡顿，就可利用刀盘驱动回缩功能重新启动刀盘，实现“脱困”，同时也方便边缘刀具更换，有助于应对半径更小、难度更高的转弯，让盾构机掘进姿态更容易被控制。 “通过不断创新发展，我们已将超大直径盾构核心技术牢牢掌握在手中，并实现了弯道超车，结束了我国大盾构机全部依赖进口的历史。”勾常春自豪地说。 来  源 | 《交通建设报》、隧道局 供  稿 | 刘诗阳 责  编 | 尹沁宇