隧道股份研制最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)

　　徜徉于外灘，開(kāi)闊的黃浦江從身畔緩緩流過(guò)，各色洋建筑的奇特風(fēng)格呈現(xiàn)眼前：哥特式的尖頂、古希臘式的穹窿、巴洛克式的廊柱、西班牙式的陽(yáng)臺(tái)……

　　然而，車水馬龍的路面交通橫跨其中，分割了整體景觀。

　　為了更大限度地體現(xiàn)外灘的歷史文化風(fēng)貌特色，分流外灘過(guò)境車輛，上海外灘通道工程啟動(dòng)。

　　這條為2010年世界博覽大會(huì)服務(wù)的外灘通道，采用直徑14.27米的土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)行掘進(jìn)。隧道建設(shè)者--上海隧道工程股份有限公司，同時(shí)又是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的制造者，他們把這臺(tái)盾構(gòu)自豪地稱為:"獻(xiàn)給世博的中國(guó)驕傲"。因?yàn)椋@臺(tái)盾構(gòu)是上海隧道股份制造和使用的最大直徑土壓平衡盾構(gòu)，更是中國(guó)迄今為止使用的最大直徑土壓平衡盾構(gòu)。

　　國(guó)內(nèi)大直徑隧道基本都選用大直徑泥水平衡盾構(gòu)，為何外灘通道工程垂青于大直徑土壓平衡盾構(gòu)？這還要從外灘通道工程的先天不足和土壓平衡盾構(gòu)的后天優(yōu)勢(shì)說(shuō)起。

帶著"鐐銬"跳舞--工程的"先天不足"

　　外灘通道是上海市"三縱三橫"交通中三縱東線的組成部分。建造外灘地下通道的目的是解決外灘的交通擁堵問(wèn)題，分流三縱東線外灘的過(guò)境車輛，服務(wù)上海世博會(huì)交通。建成后將是一條雙層雙向的小車專用地下道路。

　　整個(gè)外灘通道工程從中山南路老太平弄至吳淞路、武進(jìn)路，以福州路接收井為界，分為南段與北段。北段工程南起福州路工作井，北至吳淞路、武進(jìn)路，其中天潼路到福州路的區(qū)段采用盾構(gòu)法施工。該盾構(gòu)掘進(jìn)段共長(zhǎng)1098米，從天潼路工作井始發(fā)，沿線從地下穿越諸多上海的標(biāo)志性建筑，如浦江飯店、上海大廈，還將從外白渡橋下穿過(guò)蘇州河，再?gòu)闹猩綎|一路下方穿過(guò)，最終抵達(dá)福州路工作井。外灘防汛墻和承載百年歷史的"萬(wàn)國(guó)建筑群"緊貼隧道軸線。要在逼仄的上海核心區(qū)域建造一條大直徑隧道，同時(shí)要保護(hù)好周邊建筑，還要把對(duì)環(huán)境的影響降到最低，這就好比帶著"鐐銬"跳舞。工程人員必須利用"最有限"的資源與各種"限制"周旋，建造一條既能有效分流交通，又能還外灘景觀于民的優(yōu)質(zhì)隧道。正是出于這一考慮，工程采用了14.27米的土壓平衡盾構(gòu)。

揉入古典風(fēng)格的"現(xiàn)代舞"--盾構(gòu)的后天優(yōu)勢(shì)

　　所謂土壓平衡盾構(gòu)，是指盾構(gòu)在推力的作用下，刀盤(pán)切削土體，通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速控制土艙的排土量，達(dá)到土艙與開(kāi)挖面的土壓力動(dòng)態(tài)平衡。這是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)隧道施工的主力機(jī)型，它跳的是"現(xiàn)代舞"，又繼承了傳統(tǒng)特色，揉入了"古典風(fēng)格"。

　　與泥水平衡盾構(gòu)相比，土壓平衡盾構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　針對(duì)工程的淺覆土，土壓平衡更易控制開(kāi)挖面穩(wěn)定；

　　針對(duì)地域的局限，土壓平衡盾構(gòu)比泥水盾構(gòu)施工占地更少；

　　針對(duì)泥水分離系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，土壓平衡盾構(gòu)價(jià)格低廉；

　　如需切削鋼筋混凝土板樁，土壓平衡盾構(gòu)螺旋機(jī)比泥水盾構(gòu)更便于排渣。

　　此外，隧道長(zhǎng)度適中，便于土壓平衡盾構(gòu)施工。

　　與以往用于地鐵施工的土壓平衡盾構(gòu)相比，大直徑土壓平衡盾構(gòu)又有不同：大直徑土壓平衡盾構(gòu)配備有固定式和可更換式的土壓傳感器；

　　螺旋機(jī)采用無(wú)級(jí)調(diào)速設(shè)計(jì)，能精確計(jì)量出土，確保動(dòng)態(tài)壓力平衡效果；

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　　充分考慮開(kāi)挖面增加導(dǎo)致進(jìn)入土艙的土體體積增大，增加了刀盤(pán)、隔艙處的注入口數(shù)量，通過(guò)加注泡沫或膨潤(rùn)土來(lái)改良土體，加強(qiáng)了土體改良效果；

　　在土倉(cāng)中心區(qū)域增加多個(gè)攪拌機(jī)，進(jìn)一步改善了中心區(qū)域的土體的流塑性……

大盾構(gòu)帶來(lái)大挑戰(zhàn)

　　首先是大--此次施工首次制造和使用了中國(guó)最大直徑14.27米土壓平衡盾構(gòu)。該盾構(gòu)全長(zhǎng)80多米，總體重量約3600多噸，其部件大都屬于超長(zhǎng)、超寬、超高、超重類型。

　　其次是難--上海隧道股份遇到了眾多世界級(jí)難題。

　　直徑盾構(gòu)殼體超大。該殼體直徑為14.27米，國(guó)內(nèi)不具備相配套的金加工設(shè)備。上海隧道股份自主設(shè)計(jì)制造了專用車削設(shè)備--多功能銑加工設(shè)備，不僅節(jié)約了大量資金，更縮短了工期。

　　場(chǎng)地和起吊限制。驅(qū)動(dòng)裝置重達(dá)415噸，被分解成多個(gè)部件運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。由于場(chǎng)地有限和起吊能力限制，所有驅(qū)動(dòng)五大件都是先吊運(yùn)至井下再進(jìn)行安裝，在井下進(jìn)行組裝后再整體翻身。

　　刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其最大扭矩達(dá)69418KN/M，軸承的壽命可達(dá)10000小時(shí)。大刀盤(pán)總重達(dá)300多噸，單體中心塊最大重量為200多噸；與以往平面刀盤(pán)裝置不同，該刀盤(pán)面采用了錐面設(shè)計(jì)，大大增加了加工的難度和精度控制；采用振動(dòng)式退火，消除內(nèi)應(yīng)力，不僅節(jié)約了成本，而且大大節(jié)省了時(shí)間；螺旋輸送機(jī)直徑近2米，總重量約100多噸，是目前使用的最大直徑和最大重量的螺旋機(jī)。

　　盾尾密封裝置首次全部采用耐磨的不銹鋼材質(zhì)，具有不易腐蝕、密封性好的特點(diǎn)，有助于盾構(gòu)長(zhǎng)距離推進(jìn)。

　　拼裝機(jī)裝置采用真空吸盤(pán)夾取管片的結(jié)構(gòu)形式，提高了拼裝機(jī)夾取大重量管片的安全性。首次實(shí)現(xiàn)吸盤(pán)拆卸功能，能夠同時(shí)滿足不同尺寸的管片和鋼管片的不同拼裝需要。具有6自由度控制，打破了以往只能進(jìn)行分別調(diào)節(jié)拼裝機(jī)的局限。

大直徑土壓平衡盾構(gòu)研發(fā)的未來(lái)

　　據(jù)上海隧道股份的專家介紹說(shuō)，大直徑土壓平衡盾構(gòu)的合作制造，填補(bǔ)了相關(guān)配套技術(shù)--超大質(zhì)量盾構(gòu)部件制造、組裝和調(diào)試上的空白，為中國(guó)大直徑土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為上海隧道股份土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)提供了依據(jù)和指導(dǎo)。如：該盾構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)同樣采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的D型土壓平衡盾構(gòu)改進(jìn)提供了有益借鑒。另一方面，大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工為以后在鬧市區(qū)內(nèi)進(jìn)行大直徑隧道建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。

　　從1960年代開(kāi)始，上海隧道工程股份有限公司就在盾構(gòu)研制和技術(shù)創(chuàng)新上投入了大量的人力和物力，并于2004年研發(fā)成功具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)地鐵盾構(gòu)"先行號(hào)"。自行研發(fā)、自主設(shè)計(jì)、部件選型，上海隧道股份掌握了地鐵盾構(gòu)制造的核心技術(shù)，獲得2006年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，"先行號(hào)"被列入2006年度的國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃。在2007年國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上，獲得銀獎(jiǎng)第一名。大直徑土壓平衡盾構(gòu)的制造，是上海隧道股份繼國(guó)產(chǎn)地鐵盾構(gòu)后，在中國(guó)地下工程重大裝備開(kāi)發(fā)領(lǐng)域邁出的又一大步。

　　有識(shí)人士認(rèn)為，抓住目前中國(guó)大直徑隧道的巨大市場(chǎng)和良好發(fā)展機(jī)遇，通過(guò)合作制造加快經(jīng)驗(yàn)積累，掌握核心技術(shù)，從而加快研發(fā)國(guó)產(chǎn)大直徑土壓平衡盾構(gòu)，形成國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)產(chǎn)品系列化，不僅加快提升中國(guó)掘進(jìn)機(jī)制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力與核心競(jìng)爭(zhēng)力，而且對(duì)促進(jìn)國(guó)家的工業(yè)化和城市化進(jìn)程，高效、環(huán)保和安全地開(kāi)發(fā)利用地下空間，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建和諧社會(huì)，都具有重要的戰(zhàn)略意義，必將產(chǎn)生更為巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。