滿足大凈空施工需求適用軟硬地質(zhì)掘進(jìn)國(guó)內(nèi)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)下線
2016-10-14
10月12日，國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)制造最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在中鐵工程裝備集團(tuán)國(guó)家TBM產(chǎn)業(yè)化中心下線，盾構(gòu)機(jī)直徑為12.14米，將用于太原鐵路樞紐西南環(huán)線項(xiàng)目。該設(shè)備的問(wèn)世，打破了我國(guó)超大直徑盾構(gòu)產(chǎn)品技術(shù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口、核心技術(shù)受制于國(guó)外制造商的不利局面，對(duì)滿足未來(lái)城市交通路網(wǎng)發(fā)展建設(shè)有著重要意義。
大直徑滿足大凈空
2016新年前后，太原鐵路西南環(huán)線東晉支線工程進(jìn)場(chǎng)開工，本項(xiàng)工程將采用土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行隧道挖掘，該技術(shù)在山西屬首次使用。與此同時(shí)，中鐵工程裝備集團(tuán)設(shè)計(jì)研究總院的研發(fā)人員接到一個(gè)前所未有的任務(wù)——為太原鐵路西南環(huán)線東晉支線工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)一臺(tái)超大直徑盾構(gòu)機(jī)。
目前國(guó)內(nèi)鐵路隧道的凈空內(nèi)輪廓是根據(jù)列車、列車時(shí)速引起的空氣動(dòng)力學(xué)原理來(lái)確定的，如時(shí)速200公里的隧道凈空面積在80多平方米，半徑6米；時(shí)速250公里的隧道凈空面積在92平方米以上，半徑6.4米左右。而太原鐵路西南環(huán)線東晉支線隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)為客貨列車兩用且雙線單洞，所以要求隧道凈空較大。為了滿足工程需求，研制一臺(tái)超大直徑的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)迫在眉睫。
“以前我們生產(chǎn)的主流盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)品，刀盤直徑多在6米左右?！敝需F工程裝備集團(tuán)設(shè)計(jì)研究總院結(jié)構(gòu)所所長(zhǎng)袁文征說(shuō)，研發(fā)這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
袁文征表示，太原鐵路西南環(huán)線東晉支線工程項(xiàng)目，斷面較大、隧道推進(jìn)距離長(zhǎng)（4850米），如果仍然按照常規(guī)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)模式，那么勢(shì)必會(huì)加大隧道設(shè)計(jì)的研發(fā)投入，且耗時(shí)費(fèi)力。
而如今，中鐵工程裝備集團(tuán)的創(chuàng)新能力和技術(shù)水平均已達(dá)到一定水準(zhǔn)。“直徑12—15米的盾構(gòu)機(jī)，我們都能夠研制。”袁文征說(shuō)，按照國(guó)家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革要求，中鐵工程裝備集團(tuán)主動(dòng)調(diào)整增長(zhǎng)方式，主動(dòng)開發(fā)新產(chǎn)品以滿足國(guó)內(nèi)建設(shè)市場(chǎng)需求，而這次超大直徑盾構(gòu)機(jī)的研制就是對(duì)國(guó)家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一個(gè)正面、主動(dòng)、有效的響應(yīng)。
圈盤形滾刀“軟硬通吃”
很快，由中鐵工程裝備集團(tuán)設(shè)計(jì)研究總院結(jié)構(gòu)所組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成立了。一個(gè)最現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題擺在他們面前：怎樣最大限度保證這臺(tái)超大直徑盾構(gòu)機(jī)的開挖效率？
由于盾構(gòu)機(jī)開挖直徑大，帶來(lái)了刀具磨損速率加快、開挖艙內(nèi)碴土改良難度加大等諸多設(shè)計(jì)難題。此外，盾構(gòu)應(yīng)用的隧道位于太原市城郊結(jié)合區(qū)域，上方建筑物較多，盾構(gòu)機(jī)還將穿越地下長(zhǎng)達(dá)兩公里的卵石層，卵石粒徑甚至達(dá)到了60厘米，如此大直徑盾構(gòu)隧道穿越長(zhǎng)距離復(fù)雜地層也是全國(guó)首例，這對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具耐磨性提出了挑戰(zhàn)。
問(wèn)題的難度陡然上升，但這些都被盾構(gòu)研發(fā)小組一一破解。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次討論，最終將問(wèn)題的關(guān)鍵所在放到了對(duì)盾構(gòu)刀盤的針對(duì)性設(shè)計(jì)上，他們?cè)诙軜?gòu)刀盤上安裝了可拆卸格柵及擋板，使之既適應(yīng)全斷面泥巖、黏土掘進(jìn)，也適應(yīng)大粒徑卵石地層掘進(jìn)；同時(shí)在刀盤布置直徑達(dá)到17寸刀體、19寸刀圈盤形滾刀，提高了滾刀的耐磨性和抗沖擊性，以應(yīng)對(duì)密實(shí)卵石及瓢石地層。
為了保證盾構(gòu)機(jī)的安全高效，設(shè)計(jì)人員還為盾構(gòu)機(jī)配置了雙艙并聯(lián)人倉(cāng)，設(shè)計(jì)有成熟的全氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，此套系統(tǒng)為全氣控裝置，在網(wǎng)電斷電時(shí)系統(tǒng)仍能正常工作，確保帶壓換刀時(shí)艙內(nèi)人員安全。
憑借著敢于創(chuàng)新的精神、勇于探索的勇氣，研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于邁過(guò)一道道坎，將12.14米的超大直徑盾構(gòu)機(jī)成功研發(fā)出來(lái)。
中鐵工程裝備集團(tuán)總經(jīng)理譚順輝表示，此前國(guó)內(nèi)大直徑土壓平衡盾構(gòu)核心技術(shù)一直掌握在外方手中，此設(shè)備的自主研制填補(bǔ)了我國(guó)在大直徑土壓平衡盾構(gòu)領(lǐng)域研發(fā)的空白，也標(biāo)志著我國(guó)正式突破超大直徑土壓平衡盾構(gòu)設(shè)計(jì)與制造中的一系列關(guān)鍵技術(shù)，滿足未來(lái)城市交通路網(wǎng)發(fā)展建設(shè)對(duì)超大直徑土壓平衡盾構(gòu)的迫切需求。
