大連地鐵盾構(gòu)機(jī)精準(zhǔn)不跑偏

　　大連地鐵掘進(jìn)中的核心設(shè)備——盾構(gòu)機(jī)目前正緊張地掘進(jìn)于地下。作為地鐵建設(shè)中的明星，盾構(gòu)機(jī)的迷人之處在于它所經(jīng)之處身后都會(huì)留下光整、已砌好的混凝土隧道。目前已經(jīng)在大連地下掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)共有兩臺(tái)，其中的一臺(tái)就是由大連自己的企業(yè)大連重工·起重集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的。

　　精準(zhǔn)：盾構(gòu)機(jī)不“跑偏” 幾公里偏差僅有幾毫米

　　2010年12月5日零時(shí)前后，大連地鐵首臺(tái)盾構(gòu)機(jī)第一批組件分6車(chē)由重工·起重集團(tuán)泉水廠區(qū)陸續(xù)運(yùn)抵大連地鐵1號(hào)線港灣廣場(chǎng)站，在吊裝結(jié)束之后，這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始了它與大連地鐵結(jié)緣的生命歷程。

　　“盾構(gòu)機(jī)的工作原理就是通過(guò)盾構(gòu)油缸作用在后面已經(jīng)安裝的‘管片’上，反力使盾構(gòu)機(jī)向前前進(jìn)。同時(shí)，壓驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾刀、削刀挖掘沙土或者軟巖，使之前進(jìn)。形象比喻，就像鉆頭一樣，鉆床在后面給力，鉆頭往前前進(jìn)?！贝筮B重工·起重集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院掘進(jìn)機(jī)室主任、高級(jí)工程師柴榮峰稱(chēng)。所謂管片，就是盾構(gòu)機(jī)走過(guò)的路程身后形成的如有規(guī)則拼圖一般的鋼筋混凝土隧道里其中一片混凝土的叫法。這些有弧度的管片，6片首尾相接剛好形成一個(gè)外直徑達(dá)6米、內(nèi)徑5.4米的環(huán)，而這些管片組成的環(huán)正是盾構(gòu)油缸作用力的著力點(diǎn)。盾構(gòu)油缸把力作用在盾構(gòu)機(jī)尾部的管片上，反力就使盾構(gòu)機(jī)向前前進(jìn)。這些管片每片寬1.2米，因此盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)一環(huán)就是向前掘進(jìn)了1.2米?！肮芷瑢儆陬A(yù)制件，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)管片已經(jīng)預(yù)先備好，并由它自身攜帶。盾構(gòu)機(jī)每推進(jìn)1.2米，機(jī)器就會(huì)停下來(lái)在尾部自動(dòng)砌上一環(huán)。在重工·起重設(shè)計(jì)研究院，記者看到關(guān)于盾構(gòu)機(jī)是如何在尾部自動(dòng)砌管片的3D動(dòng)畫(huà)演示。一環(huán)中的6塊管片被機(jī)器自動(dòng)操作一塊一塊地拼上，在5塊管片拼接上時(shí)，這個(gè)環(huán)狀“拼圖”即將形成，而最后一塊管片，則是帶有弧度的楔形管片，“楔形管片能夠有效地把前5塊管片擠死，產(chǎn)生強(qiáng)大的固定力。 ”柴榮峰講解說(shuō)。

　　記者了解到，為適應(yīng)地下多變的地質(zhì)情況，這些管片和管片之間有特殊的密封材料，能夠起到防水防滲的效果。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)走過(guò)千米之后，它身后都會(huì)留下接近千米的由一環(huán)環(huán)管片組成的“隧道長(zhǎng)廊”。這些固定力已經(jīng)很強(qiáng)大的管片最后還將由工人為其擰緊螺栓進(jìn)一步加固。

　　由重工·起重生產(chǎn)的這臺(tái)被稱(chēng)為“大連1號(hào)”的盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度83米，重量500多噸。這樣一個(gè)“大家伙”在地下掘進(jìn)的精度卻相當(dāng)之高，幾公里偏差僅有幾毫米。柴榮峰說(shuō)，“這主要是得益于自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)每一環(huán)都會(huì)根據(jù)設(shè)定的路線隨時(shí)糾偏，根據(jù)這一環(huán)計(jì)算下一環(huán)怎么走，隨時(shí)都在糾正。就像GPS系統(tǒng)一樣，打完一個(gè)隧道的偏差度可能僅為1~2度。

　　這樣一個(gè)“大家伙”還會(huì)在地下進(jìn)行彎道掘進(jìn)。因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)的刀盤(pán)四周都有推進(jìn)油缸，如果往右轉(zhuǎn)，左邊推進(jìn)油缸的力就大點(diǎn)，右邊推進(jìn)油缸力小點(diǎn)。而且盾構(gòu)機(jī)尾部所用的管片有專(zhuān)門(mén)的轉(zhuǎn)彎環(huán)，管片是帶有一定角度的。右轉(zhuǎn)環(huán)和左轉(zhuǎn)環(huán)，哪個(gè)管片在哪個(gè)位置都會(huì)嚴(yán)絲合縫。

　　龐大：造一臺(tái)設(shè)備用去鋼板350噸 大小零件多達(dá)上萬(wàn)個(gè)

　　重工·起重這次除了為大連地鐵101標(biāo)段專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)出一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)外，還為其他兩個(gè)標(biāo)段又生產(chǎn)了3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，目前這3臺(tái)設(shè)備已經(jīng)基本裝配完成。記者獲悉，重工·起重為大連地鐵建造的另外3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，其中一臺(tái)將從星海廣場(chǎng)地下始發(fā)，另外兩臺(tái)將從促進(jìn)路到沙河口火車(chē)站雙向同時(shí)掘進(jìn)。

　　“每臺(tái)的盾構(gòu)機(jī)都是根據(jù)特定客戶和特定地質(zhì)條件的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。 ”大連重工·起重集團(tuán)有限公司第一制造事業(yè)部副總經(jīng)理王曉斌說(shuō)?！扒捌诤涂蛻艉炗喖夹g(shù)協(xié)議合同之后，我們會(huì)進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，有外方設(shè)計(jì)和自己設(shè)計(jì)人員的分別設(shè)計(jì)，然后將其匯總到一塊。技術(shù)準(zhǔn)備資料完成后，進(jìn)入制造工藝步驟，設(shè)計(jì)圖紙資料會(huì)被分解到制造的每個(gè)環(huán)節(jié)，然后根據(jù)這個(gè)工藝和材料去采購(gòu)原材料，比如鋼板、配套件等等。 ”“除了外購(gòu)的零部件，企業(yè)需要自己生產(chǎn)和加工許多零部件。普通市民在盾構(gòu)機(jī)圖片上能夠看到的‘大部件’都是我們自己從焊接、加工、裝配一點(diǎn)點(diǎn)做出來(lái)的，包括各種連接的軸、外殼，鋼板焊接加工等等。當(dāng)所有的零部件都加工準(zhǔn)備完畢后，我們?cè)侔讯軜?gòu)機(jī)組裝起來(lái)。 ”王曉斌稱(chēng)。

　　記者獲悉，“大連1號(hào)”的盾體中需要耐磨的地方是壽命比一般高錳鋼要高3倍以上的哈道斯板制成的。盾構(gòu)機(jī)中還有很多地方用到了高強(qiáng)度軸承鋼，管片包括盾體上的密封材料是用特殊材料制作的，它能夠阻斷外面的水、泥漿?！斑@一臺(tái)設(shè)備僅鋼板大約就需要用350噸左右。一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)零部件多達(dá)上萬(wàn)個(gè)?！蓖鯐员蠓Q(chēng)。記者獲悉，目前，盾構(gòu)機(jī)的主軸承、密封、一些關(guān)鍵的液壓部件，包括泵、閥、馬達(dá)等等的配套仍需要進(jìn)口。

　　不過(guò)國(guó)內(nèi)的盾構(gòu)研發(fā)制造進(jìn)展速度已經(jīng)相當(dāng)快了。“去年年底，‘大連1號(hào)’還沒(méi)有交付使用的時(shí)候，我們同時(shí)有4臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在泉水裝配基地進(jìn)行裝配。當(dāng)時(shí)來(lái)廠進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)的外國(guó)專(zhuān)家特別驚訝，專(zhuān)家沒(méi)想到我們的進(jìn)度和質(zhì)量達(dá)到了這樣的標(biāo)準(zhǔn)。 ”王曉斌說(shuō)。

　　性能：面對(duì)大連復(fù)雜地質(zhì) “大連1號(hào)”軟硬通吃

　　“大連屬軟巖地層，比較復(fù)雜，我們必須用復(fù)合盾構(gòu)來(lái)掘進(jìn)，復(fù)合盾構(gòu)就是既能挖沙土又能挖軟巖，滾刀和削刀都需要具備。滾刀是靠刀自身的旋轉(zhuǎn)擠壓把巖石擠碎;削刀是切削巖石、軟土的。復(fù)合盾構(gòu)適用于巖石不能自穩(wěn)的情況，如果是很硬的巖石，直接挖完之后也不會(huì)塌陷，不用加管片，而大連的大部分地質(zhì)是不加管片自己就塌陷了，所以需要這種復(fù)合盾構(gòu)?！辈駱s峰說(shuō)?！皟H僅以大連這個(gè)城市的地質(zhì)情況來(lái)說(shuō)，地鐵項(xiàng)目26個(gè)標(biāo)段的地質(zhì)條件也不盡相同。我們估計(jì)港灣廣場(chǎng)101標(biāo)段始發(fā)的‘大連1號(hào)’可能打150米~200米左右需要更換一次刀具。而將要從星海廣場(chǎng)的107標(biāo)段始發(fā)的盾構(gòu)機(jī)估計(jì)百八十米就要換一次刀具，這一標(biāo)段地下有大量鵝卵石，鵝卵石對(duì)刀具的磨損非常大。 ”柴榮峰說(shuō)。“大連這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，相比以前出廠的設(shè)備更適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件，它軟硬基本通用。 ”王曉斌說(shuō)。

　　記者獲悉，“大連1號(hào)”的開(kāi)挖直徑是6.28米，一環(huán)管片挖掘下來(lái)的沙土體積不到40立方米，但挖掘下來(lái)以后松軟膨脹，一般膨脹率在30%左右，因而每掘進(jìn)一環(huán)(1.2米)產(chǎn)出的渣土體積在60立方米左右。柴榮峰說(shuō)，渣土是通過(guò)盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送機(jī)從前方傳輸出來(lái)排到皮帶機(jī)上，然后皮帶機(jī)給傳輸出去。如果排渣井距離比較遠(yuǎn)，在皮帶機(jī)之后也可以再接一個(gè)螺旋輸送機(jī)，把刀盤(pán)前方挖掘下來(lái)的渣土都運(yùn)輸?shù)胶蠓脚懦?。在渣土排出后，盾?gòu)機(jī)后方一個(gè)干凈的隧道就會(huì)呈現(xiàn)在面前。

　　“大連1號(hào)”資料

　　◎長(zhǎng)：83米

　　◎重：500余噸

　　◎工作原理：通過(guò)盾構(gòu)油缸作用在后面已經(jīng)安裝的管片上，反作用力使盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)。同時(shí)，壓驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾刀、削刀挖掘沙土或者軟巖，使之前進(jìn)。形象比喻，就像鉆頭一樣，鉆床在后面給力，鉆頭前進(jìn)。