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海宏号盾构机堪称中国研发的最聪明的盾构机《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:02:41 阅读: 来源:焊锡机厂家

2019-01-21 10:33:27来源:半岛晨报、科技日报

离大连市中心不远,有个梭鱼湾,正在建造的中国航母就停泊于此。大连地铁5号线要穿过这个海湾,考虑到巨轮出入,不能架设跨海桥梁,因此采用海底隧道。而这项工程催生出一台超级装备。

1月18日,“海宏号”盾构机在大连始发,它堪称中国研发的最聪明的盾构机。

据中铁一局介绍:大连地铁5号线火车站到梭鱼湾南站的海底隧道全长2870米,设计为直径12米多的单洞。隧道穿越一个海底岩溶区域,有上千个溶洞,已勘测的最大溶洞高30米。

隧道工程最怕溶洞:盾构机掘进到溶洞,可能会马失前蹄,栽下去;穿越溶洞还可能引起坍塌或涌水,威胁生命。

该隧道一路穿过硬质岩石,夹杂溶洞,很不利于施工——地层密度变化大,盾构机更容易歪头、钻偏。

海底长大隧道由于施工难,国内工程屈指可数。大连5号线项目曾召开过15次专家咨询会。多名院士和专家确定:国内尚无先例可循,是世界性难题。

全国五一劳动奖章获得者、中铁一局城轨公司副总工程师梁西军介绍说:为克服溶洞难题,先用“钻探+CT”来扫描。勘测船在海上隔十几米垂直钻下一个洞取样(就像洛阳铲),并在相邻两洞中一个放入振动装置,一个放入测量器。测量机械振波的变形,摸清海底的溶洞。接下来,施工船用混凝土或者适当材料注满溶洞。好让盾构机钻实,不钻空。

海宏号盾构机是中国中铁专门为该工程研发的,也是世界上现有功能最全的盾构机,核心部件设计全球领先。

海宏号的设计师张国良说:海宏号刀盘直径12.26米,整机长度约158米,总重约2840吨。它的一个特色,是配备了更精良的传感系统,盾构机在掘进时“感到”力量不平衡,就能尽快调整。

海宏号还搭载有地震波超前物探系统,并配备了一根注入管,前方发现未预料的溶洞,可以即时注满空洞,盾构机再向前钻。

海宏号还具备一个极有用的本事:常压换刀。盾构机有几十上百个“牙齿”,刀盘一转它们就啃掉岩石和泥土。刀齿会磨损,需要更换。但在几十米深的海底,刀盘后的空舱内,气压巨大。以往是由专业人员提前适应气压,进舱换刀。

海宏号不一样,它的牙齿向后退出时,“牙龈”可自动愈合——刀齿周边的小门,严丝合缝地闭上,隔绝外面的压力。换刀人员因此可以在常压下工作。做到这点不容易,因为即便有一颗小石子硌在门缝中间,也会给常压舱带来灾难。

海宏号在12.26米直径的较小刀盘上实现常压换刀,也创造了一个世界之最。海宏号的启用,意味着跨海隧道工程领域,中国又掌握了一项绝技,给海底长大隧道施工开辟了新天地,因此被媒体广泛关注。

大连地铁5号线穿海利器“海宏号”正式启动

“启动!提高速度!”1月18日11时25分许,大连地铁5号线梭鱼湾南站地下,随着施工人员一声令下,“海宏号”盾构机缓缓旋转刀盘,海底大盾构施工正式启动。在未来两年零五个月时间里,“海宏号”将穿越梭鱼湾至大连火车站的地下岩层,穿越2.3公里海底,破解世界性技术难题。

4层楼高百余米长盾构机动起来了

“海宏号”是大连地铁5号线“穿海利器”,这台专门为跨海大盾构度身定做的庞然大物仅直径就达到12.26米,相当于四层楼高,整机长度约158米,总重约2840吨。在现场,“海宏号”如同待嫁新娘,“红色盖头”遮住了机头部分。“这家伙真动起来,可不温柔。”“海宏号”总设计师张国良笑着说,大连地铁5号线跨海盾构工程被定义为世界性难题,能解决这个难题,一般机器做不到。

记者驻足在“海宏号”内,此时操作舱里一片忙碌,所有人都全神贯注地盯着电子屏幕,随着对讲机中传来启动的声音,操作人员稳稳地开动机器,轰鸣声骤然响起,人们紧张地盯着屏幕查看各项数据,对讲机里传来“提高速度”、“转动刀盘”等指令,随着指令下达,“海宏号”前端刀盘徐徐转动起来。

“始发阶段将有200米试掘进,为期1至2个月时间,每天掘进距离大约4到6米。”张国良介绍说,通过200米试掘进,施工人员将进一步采集刀盘转数、掘进距离、排量泵流量等性能参数,通过进一步配合达到最佳施工效果。

超级设备助力超级工程开创国内先河

大连地铁5号线海底大盾构工程属于长距离、硬岩、高水压穿越溶洞区施工。掘进难度非常大,安全风险极高,经院士专家会议确定为国内工程尚无先例可循,属于“世界性难题”。中国中铁大连地铁5号线有限公司副总经理符昭星表示,目前该工程风险是最高的,也是中国中铁股份公司管控的特级风险源项目。

针对上述难点,中国中铁下属设备制造企业中铁装备根据工程特点,为大连地铁量身定做了“海宏号”盾构机。“目前国内国际都没有针对类似复杂地形施工的先例,‘海宏号’可以说是世界上独一无二的,它的功能是最全的。”张国良非常自信。

符昭星介绍说,“海宏号”是我国自主研发的世界上现有功能最全的盾构机,核心部件的设计在全国乃至全世界均处于领先水平,并采用了多项国际领先技术。“海宏号”集成了许多高科技技术。集传感、探测、挖掘、供电后配套、出渣等等技术于一身,其综合性能是其他盾构机所无法匹敌的。

海底大盾构计划于2021年6月贯通

符昭星表示,“海宏号”始发后,计划用两年零五个月时间,实现该标段的贯通,大概每天3米多进尺速度。“2019年是盾构区间掘进决战之年,也是整个建设工程最关键的一年。”符昭星透露,2019年底,大连地铁5号线将实现13台盾构机始发,区间掘进距离要超过总长度50%,封顶车站达到10座。

截至目前,大连地铁5号线已经完成投资额46.18亿元。全线共有25个工点,已有22个工点实现开工建设,开工率88%。全线共18座车站开工16座,其中梭鱼湾南站、梭鱼湾站、中华路站一期及后关村站一期4座车站主体结构已封顶,虎滩新区站、山花街站、泉水东站、前盐站、中华路站二期、后关村站二期正在进行主体结构施工,剩余车站正在进行围护结构及土石方开挖施工。

同时,全线19个区间共有盾构区间15个,暗挖区间3个,出入段线1个。目前已有7台盾构机实现始发,正在进行掘进施工,累计完成掘进12994米,占总长度的35%。

四大难点构成“世界性难题”

大连地铁5号线南起虎滩新区站,沿滨海路、解放路、友好路、甘井子路、泉水规划道路布置,北至后关村站。线路全长24.484公里,全部为地下线,设车站18座,其中换乘站7座,平均站距1.37公里。其中,火梭区间跨海大盾构隧道下穿梭鱼湾海域,全长2870米,海底距隧道顶12.2--22.8米,海水深度9--14米。

火梭区间海底大盾构施工面临着四大难题:首先是长距离全断面硬岩掘进,最高岩石抗压强度达118兆帕;同时,隧道底部距离海平面最深达49米,穿越地层破碎、透水性强,且与海水相连、水头压力大,接近0.5兆帕;此外,盾构施工将穿越1538米岩溶地层,岩溶发育强烈、穿越三大溶洞群(有上千个溶洞),专勘揭示最大溶洞高29.8米;盾构还将下穿铁路、航道等重要设施。因此,该工程掘进难度非常大,安全风险极高。经院士专家会议确定为国内工程尚无先例可循,属于“世界性难题”。

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