滿足大凈空施工需求適用軟硬地質(zhì)掘進(jìn)國內(nèi)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)下線
2016-10-14
10月12日，國內(nèi)自主設(shè)計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)線項目。該設(shè)備的問世，打破了我國超大直徑盾構(gòu)產(chǎn)品技術(shù)長期依賴進(jìn)口、核心技術(shù)受制于國外制造商的不利局面，對滿足未來城市交通路網(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)場開工，本項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，中鐵工程裝備集團(tuán)設(shè)計研究總院的研發(fā)人員接到一個前所未有的任務(wù)——為太原鐵路西南環(huán)線東晉支線工程項目設(shè)計一臺超大直徑盾構(gòu)機(jī)。
目前國內(nèi)鐵路隧道的凈空內(nèi)輪廓是根據(jù)列車、列車時速引起的空氣動力學(xué)原理來確定的，如時速200公里的隧道凈空面積在80多平方米，半徑6米；時速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)線東晉支線隧道項目設(shè)計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。”中鐵工程裝備集團(tuán)設(shè)計研究總院結(jié)構(gòu)所所長袁文征說，研發(fā)這臺盾構(gòu)機(jī)無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。
袁文征表示，太原鐵路西南環(huán)線東晉支線工程項目，斷面較大、隧道推進(jìn)距離長（4850米），如果仍然按照常規(guī)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計模式，那么勢必會加大隧道設(shè)計的研發(fā)投入，且耗時費(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)?！爸睆?2—15米的盾構(gòu)機(jī)，我們都能夠研制?！痹恼髡f，按照國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革要求，中鐵工程裝備集團(tuán)主動調(diào)整增長方式，主動開發(fā)新產(chǎn)品以滿足國內(nèi)建設(shè)市場需求，而這次超大直徑盾構(gòu)機(jī)的研制就是對國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一個正面、主動、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)計研究總院結(jié)構(gòu)所組成的研發(fā)團(tuán)隊成立了。一個最現(xiàn)實的問題擺在他們面前：怎樣最大限度保證這臺超大直徑盾構(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)隧道穿越長距離復(fù)雜地層也是全國首例，這對盾構(gòu)機(jī)刀具耐磨性提出了挑戰(zhàn)。
問題的難度陡然上升，但這些都被盾構(gòu)研發(fā)小組一一破解。
研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過多次討論，最終將問題的關(guān)鍵所在放到了對盾構(gòu)刀盤的針對性設(shè)計上，他們在盾構(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)對密實卵石及瓢石地層。
為了保證盾構(gòu)機(jī)的安全高效，設(shè)計人員還為盾構(gòu)機(jī)配置了雙艙并聯(lián)人倉，設(shè)計有成熟的全氣動壓力調(diào)節(jié)裝置，此套系統(tǒng)為全氣控裝置，在網(wǎng)電斷電時系統(tǒng)仍能正常工作，確保帶壓換刀時艙內(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)隊終于邁過一道道坎，將12.14米的超大直徑盾構(gòu)機(jī)成功研發(fā)出來。
中鐵工程裝備集團(tuán)總經(jīng)理譚順輝表示，此前國內(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)志著我國正式突破超大直徑土壓平衡盾構(gòu)設(shè)計與制造中的一系列關(guān)鍵技術(shù)，滿足未來城市交通路網(wǎng)發(fā)展建設(shè)對超大直徑土壓平衡盾構(gòu)的迫切需求。
