【產(chǎn)品】國產(chǎn)最大直徑“春風號”泥水平衡盾構(gòu)機

01 需求背景

目前我國城市集群的建設發(fā)展正在快速穩(wěn)定地推進，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)絡和南北交通的快速通道，正在建設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超大直徑、高承壓的高科技大型復雜隧道施工裝備需求巨大。盾構(gòu)機是用于鐵路、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)代化綜合性技術裝備，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)境友好等優(yōu)點；也是目前世界上最先進的隧道開挖和建設技術裝備，代表著一個國家重大技術裝備的發(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離不開超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機的應用。

基于城市集群發(fā)展越江隧道建設工程和行業(yè)發(fā)展需求，中鐵工程裝備集團有限公司集中優(yōu)勢資源，合理分配任務，開展超大直徑氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機研發(fā)課題，對課題中整機集成技術、刀盤伸縮擺動技術、常壓換刀技術、刀具狀態(tài)實時監(jiān)測技術、刀盤開挖直徑測量預警技術、氣墊倉滯排和倉內(nèi)破碎機故障率高等一系列關鍵技術問題開展攻關，于2018 年9 月完成了深圳春風隧道φ15.80m 超大直徑氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機的研制（圖2-2-1），該設備的成功研制打破了超大直徑泥水盾構(gòu)國外品牌的技術壟斷，解決了大斷面、高水壓、長距離、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。設備應用于深圳市春風隧道工程，其是深圳市首條“單洞雙層”構(gòu)造的機動車隧道，對于完善深圳地下工程建設具有重要影響和積極意義。

圖2-2-1　國產(chǎn)最大直徑“春風號”泥水平衡盾構(gòu)機

02 技術創(chuàng)新

該泥水平衡盾構(gòu)機開挖直徑15.80m，為我國自主研制最大直徑盾構(gòu)機，應用于深圳市春風隧道工程。該盾構(gòu)機可適應全斷面硬巖、上軟下硬、斷層破碎帶等地質(zhì)，實現(xiàn)了盾構(gòu)掘進與隧道襯砌作業(yè)同步、物料運輸與道路作業(yè)同步，為大斷面、高水壓、長距離、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)機的主要創(chuàng)新點如下：

1） 雙破碎渣土分級處理技術

盾構(gòu)機創(chuàng)新地提出了增大格柵通過粒徑，設置倉內(nèi)倉外雙破碎機對渣土進行分級處理的技術，該技術可降低破碎地層、上軟下硬地層的堵倉滯排、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

盾構(gòu)機針對應用隧道高水壓、長距離的問題，采用了常壓換刀刀盤的設計，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)機提出了操作人員在常壓環(huán)境下對常壓換刀裝置進行維修更換的技術，保證了施工安全。

3） 小曲線施工預警技術

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)設置的刀具磨損監(jiān)測系統(tǒng)、開挖間隙測量系統(tǒng)、盾尾間隙測量系統(tǒng)等，能夠及時監(jiān)測開挖直徑和盾構(gòu)姿態(tài)，降低盾構(gòu)卡盾概率。

4） 刀具狀態(tài)在線監(jiān)測技術

盾構(gòu)機配置了刀具狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，操作人員在主控室可實時監(jiān)測刀具磨損、旋轉(zhuǎn)、溫度情況，為刀具檢測和更換提供依據(jù)，避免人員進倉檢查導致的風險問題，同時也避免了拆裝刀具影響掘進效率問題。

03 工程應用

超大直徑“春風號”泥水平衡盾構(gòu)機應用于深圳市春風隧道工程（圖2-2-2），現(xiàn)已完成組裝始發(fā)。深圳市春風隧道工程施工難度在當前整個國內(nèi)隧道行業(yè)都前所未有，施工中“春風號”盾構(gòu)機需穿越深圳地鐵9 號線、布吉河、深圳火車站、深圳海關大樓等眾多風險源，及花崗巖、片巖、變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂巖等復雜地層。針對春風隧道一系列特殊的高風險作業(yè)環(huán)境，中鐵工程裝備集團有限公司對“春風號”盾構(gòu)機進行了針對性的設計，配備了常壓換刀功能的刀盤，具備超前地質(zhì)預報功能的探測系統(tǒng)等。

圖2-2-2　深圳市春風隧道工程施工現(xiàn)場

04 社會效益

國內(nèi)現(xiàn)有的超大直徑盾構(gòu)機幾乎全部依賴進口，盾構(gòu)機成本高，成為制約我國超大徑隧道開挖的重要因素。國產(chǎn)品牌最大直徑（15.80m）“春風號”泥水平衡盾構(gòu)機成功研制，標志著中國盾構(gòu)的設計制造邁向高端化，打破了超大直徑泥水盾構(gòu)國外品牌的技術壟斷，在地下空間開發(fā)工程裝備領域進一步推動了中國由制造大國邁向制造強國的前進步伐。同時，超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機的設計制造攻克了一批關鍵共性技術問題，形成了一批具有完全自主知識產(chǎn)權的創(chuàng)新性成果，完善了超大直徑盾構(gòu)機基礎設計理論，使我國的重大高端裝備技術進一步得到提升，逐漸成為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，滿足國內(nèi)甚至國外超大直徑隧道建設需求。（來源：本文節(jié)選自《中國盾構(gòu)工程科技新進展》）

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