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“万里黄河第一隧”咋盾构?靠大块头的大力气!

2019-09-21 07:37:06 发布评论:18来源:齐鲁壹点·海报新闻

齐鲁晚报•齐鲁壹点记者 王皇 戚云雷
  20日上午,济南黄河隧道“黄河号”盾构机启动正式掘进。这是目前国内最先进的超大直径泥水平衡盾构机,它的掘进将是万里黄河上首次大直径盾构施工。这样一个长166米,总重近4000吨,刀盘开挖直径15.76米的大家伙到底是怎么工作的?

  大块头咋到济南的?

  海运加陆运后现场拼装

  盾构机全名叫盾构隧道掘进机,是一种隧道掘进的专用工程机械,现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术,而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造,可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

  济南黄河隧道项目盾构工区副经理田兆平介绍,隧道将使用2台盾构机从北岸向南岸掘进。“黄河号”盾构机20日正式在西洞中向南掘进。

  而将在东洞掘进的“泰山号”盾构机组装接近尾声,将进行通水通电通气的调试,预计11月具备始发条件。根据设计,2台盾构机将一先一后拉开约200米的距离在两个洞同向掘进,东洞与西洞之间在始发位置约有8米间隔,沿线双洞之间的间隔最大将超过10米。两台盾构机都是德国海瑞克盾构机,而且是超大直径泥水平衡盾构机,比用在地铁中的盾构机大得多,在控制沉降量、安全性等方面要更高。

  20日正式掘进的“黄河号”盾构机的刀盘开挖直径达到15.76米,相当于5层楼高,盾构机总长166米,总重4000吨,这样的大块头运到济南可不容易。

  2台盾构机都在广州下线,盾构机下线后需要拆解、运输。需要分两部分运输,像盾体、主驱动、刀盘中心块、拼装机、管片吊机、箱涵吊机、行走梁等超宽、超高、超重且无法分解的部件需要经过海运运输。从广州南沙货运码头起运,经过半个月左右的时间运抵潍坊羊口港,然后再通过特种运输车辆历时三到四天运抵工地。其他小的部件则通过陆运陆续运抵济南黄河隧道工程现场,运输1800多公里,需要运输40个小时左右。

  盾构机还需要在始发井中下井吊装,盾体、井字架、主驱动都需要吊装下井,最后进行主机拼装。

  如果刀盘转就是始发,那么“黄河号”8月就已经始发。不过,从刀盘转到盾构机能正式掘进,中间还有两三个月的时间。“8月盾构机就拼装完开始往前走了,但是走的过程中,里面要换腿,要做附环的拼装、焊接,还有二次密封和注浆等一系列的工序。” 该项目技术负责人杜昌言说,20日是“黄河号”正式掘进。

  记者了解到,外地造一台这样的超大直径泥水平衡盾构机需要4个亿,杜昌言透露,“黄河号”盾构机造价也不菲,达到3.75亿,加上泥水设备就要超过4个亿。

  动力从哪儿来?

  一小时耗电8千多度电 56个千斤顶顶推掘进

  20日,记者进入了“黄河号”盾构机内部。这台盾构机在地下35米,宽50米的始发井里缓缓转动刀盘作业。因为是超大直径盾构机,进入盾构机的“肚子”后就发现它非常宽敞。刀盘开挖直径15.76米,其中,管片外径15.2米,内径13.9米,管片厚65公分。盾构机总长166米,总重4000吨,装机总功率8688千瓦,最大推力199504千牛。刀盘直径相当于5层楼高。“相当于工作一个小时需要用8688度电。”田兆平说。

  盾构机的刀盘就相当于人的“牙齿”,用来切削前进过程中的泥土,这些“牙齿”是特别针对济南黄河隧道的地质条件设计的,有专门的刀盘冲刷系统,增加了冲刷设施,刀盘中间有不同角度和位置的冲刷,以防止刀盘被黏死。刀盘设计开口率46%,能对刀盘开挖面加大冲刷力度。

  盾构机刀盘后侧就是主驱动,这也是盾构机的“心脏”,由14个变频电机带动,总功率4900千瓦。主驱动驱动刀盘,而且可以前后伸缩,对刀盘起到保护作业,而且便于常压下换刀盘。

  由于济南黄河隧道是公轨合建隧道,所以盾构机掘进过程中,不仅要开挖地面层,还需要同步建设预留的轨道舱。

  通过定制,“黄河号”在进行外圈的管片施工的同时,“肚子”里还能同步进行轨道舱、管道舱、烟道和逃生通道的施工。

  与走入地铁盾构隧道脚下是圆弧不同,由于中间同步建设了方型的轨道舱箱涵,记者进入盾构机时,正好走在箱涵的顶部,就相当于走在平路上。后续进行完沥青铺设后,这就是未来隧道中的车道地面。

  “黄河号”工作时,通过一圈28对56个千斤顶顶在管片上向南掘进,一块管片长2米,千斤顶顶出了2.7米的距离后就会暂停,进入拼装环节,盾构机上半圆型的管片拼装机就会把地面运到地下的管片用真空吸住,无缝拼接到隧道的外圈。在管片拼装机的上方还有一圈楼梯,这是工人们用螺丝固定管片的作业平台,这些管片通过多个70厘米长的螺丝卡固。管片依次循环,环环相扣,最终形成一条完整的隧道。

  “一圈有10个管片,其中7片是标准管片,2片是连接片,还有1片是拼接片。”记者了解到,工地现场就建设了自动化的管片生产线,管片在地面生产好后,就可以运到盾构机里使用。

  箱涵则由运输车运到盾构机里,再由盾构机里的箱涵吊机吊下安装,一段预制箱涵长度同样是2米,这样可以与管片同步推进施工。虽然整个盾构机是靠电来推进,但众多设备都需要需要润滑,所以在盾构机内能闻到机油味。

  田兆平介绍,目前“黄河号”盾构机已经向南掘进了12环共24米,目前以每天不到10米,约一天8米的速度掘进,掘进至河床时,掘进速度将加快至一天16米到接近20米。

  黄河地下黏土层咋破?

  特配泥水混合掘进 外侧注浆加固

  该项目盾构经理李海振介绍,盾构机相当于一台超级智能机器人,集隧道开挖、衬砌一次成型,自动化程度高、施工效率高、对沉降控制标准高,安全、节能、环保。

  刀盘切削的土体经冲刷落入开挖仓底部,再经搅拌器以及泥水循环泵送至地面泥水分离场进行沉淀或筛分处理。

  具体来说,盾构机的刀盘后面就是掘进舱和工作舱,它们是被压力舱隔板分隔成的两个封闭区间,大约2/3的工作舱充满了用膨润土配制的泥浆,这种泥浆被称为盾构机的“血液”,两条泥浆管道延伸至地面。其中的进浆管,不停地向开挖舱内注入新鲜的泥浆,刀盘开挖下来的渣土融和在泥浆里,通过另一根排泥管输送到隧道外。“干的渣土外运,泥水仍可循环利用。”田兆平说。

  在管片外侧,为防止地面出现沉降、隆起等变形,管片和原始的土层之间还要同步注浆填死。“我们边推进边注浆,由盾构机来完成,把地面上拌的砂浆打到盾构机上,盾构机上有专门的泵,通过泵送到盾尾后面,最终流向管片外面。” 田兆平介绍。

责任编辑:马洪震
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