大连地铁盾构机精准不跑偏

　　大连地铁掘进中的核心设备——盾构机目前正紧张地掘进于地下。作为地铁建设中的明星，盾构机的迷人之处在于它所经之处身后都会留下光整、已砌好的混凝土隧道。目前已经在大连地下掘进的盾构机共有两台，其中的一台就是由大连自己的企业大连重工·起重集团有限公司生产的。

　　精准：盾构机不“跑偏” 几公里偏差仅有几毫米

　　2010年12月5日零时前后，大连地铁首台盾构机第一批组件分6车由重工·起重集团泉水厂区陆续运抵大连地铁1号线港湾广场站，在吊装结束之后，这台盾构机开始了它与大连地铁结缘的生命历程。

　　“盾构机的工作原理就是通过盾构油缸作用在后面已经安装的‘管片’上，反力使盾构机向前前进。同时，压驱动刀盘旋转，通过滚刀、削刀挖掘沙土或者软岩，使之前进。形象比喻，就像钻头一样，钻床在后面给力，钻头往前前进。”大连重工·起重集团有限公司设计研究院掘进机室主任、高级工程师柴荣峰称。所谓管片，就是盾构机走过的路程身后形成的如有规则拼图一般的钢筋混凝土隧道里其中一片混凝土的叫法。这些有弧度的管片，6片首尾相接刚好形成一个外直径达6米、内径5.4米的环，而这些管片组成的环正是盾构油缸作用力的着力点。盾构油缸把力作用在盾构机尾部的管片上，反力就使盾构机向前前进。这些管片每片宽1.2米，因此盾构机每掘进一环就是向前掘进了1.2米。“管片属于预制件，盾构机进行掘进时管片已经预先备好，并由它自身携带。盾构机每推进1.2米，机器就会停下来在尾部自动砌上一环。在重工·起重设计研究院，记者看到关于盾构机是如何在尾部自动砌管片的3D动画演示。一环中的6块管片被机器自动操作一块一块地拼上，在5块管片拼接上时，这个环状“拼图”即将形成，而最后一块管片，则是带有弧度的楔形管片，“楔形管片能够有效地把前5块管片挤死，产生强大的固定力。 ”柴荣峰讲解说。

　　记者了解到，为适应地下多变的地质情况，这些管片和管片之间有特殊的密封材料，能够起到防水防渗的效果。当盾构机走过千米之后，它身后都会留下接近千米的由一环环管片组成的“隧道长廊”。这些固定力已经很强大的管片最后还将由工人为其拧紧螺栓进一步加固。

　　由重工·起重生产的这台被称为“大连1号”的盾构机长度83米，重量500多吨。这样一个“大家伙”在地下掘进的精度却相当之高，几公里偏差仅有几毫米。柴荣峰说，“这主要是得益于自动导向系统，盾构机前进每一环都会根据设定的路线随时纠偏，根据这一环计算下一环怎么走，随时都在纠正。就像GPS系统一样，打完一个隧道的偏差度可能仅为1~2度。

　　这样一个“大家伙”还会在地下进行弯道掘进。因为盾构机的刀盘四周都有推进油缸，如果往右转，左边推进油缸的力就大点，右边推进油缸力小点。而且盾构机尾部所用的管片有专门的转弯环，管片是带有一定角度的。右转环和左转环，哪个管片在哪个位置都会严丝合缝。

　　庞大：造一台设备用去钢板350吨 大小零件多达上万个

　　重工·起重这次除了为大连地铁101标段专门生产出一台盾构机外，还为其他两个标段又生产了3台盾构机，目前这3台设备已经基本装配完成。记者获悉，重工·起重为大连地铁建造的另外3台盾构机，其中一台将从星海广场地下始发，另外两台将从促进路到沙河口火车站双向同时掘进。

　　“每台的盾构机都是根据特定客户和特定地质条件的要求进行设计制造的。 ”大连重工·起重集团有限公司第一制造事业部副总经理王晓斌说。“前期和客户签订技术协议合同之后，我们会进入设计阶段，有外方设计和自己设计人员的分别设计，然后将其汇总到一块。技术准备资料完成后，进入制造工艺步骤，设计图纸资料会被分解到制造的每个环节，然后根据这个工艺和材料去采购原材料，比如钢板、配套件等等。 ”“除了外购的零部件，企业需要自己生产和加工许多零部件。普通市民在盾构机图片上能够看到的‘大部件’都是我们自己从焊接、加工、装配一点点做出来的，包括各种连接的轴、外壳，钢板焊接加工等等。当所有的零部件都加工准备完毕后，我们再把盾构机组装起来。 ”王晓斌称。

　　记者获悉，“大连1号”的盾体中需要耐磨的地方是寿命比一般高锰钢要高3倍以上的哈道斯板制成的。盾构机中还有很多地方用到了高强度轴承钢，管片包括盾体上的密封材料是用特殊材料制作的，它能够阻断外面的水、泥浆。“这一台设备仅钢板大约就需要用350吨左右。一台盾构机零部件多达上万个。”王晓斌称。记者获悉，目前，盾构机的主轴承、密封、一些关键的液压部件，包括泵、阀、马达等等的配套仍需要进口。

　　不过国内的盾构研发制造进展速度已经相当快了。“去年年底，‘大连1号’还没有交付使用的时候，我们同时有4台盾构机在泉水装配基地进行装配。当时来厂进行技术指导的外国专家特别惊讶，专家没想到我们的进度和质量达到了这样的标准。 ”王晓斌说。

　　性能：面对大连复杂地质 “大连1号”软硬通吃

　　“大连属软岩地层，比较复杂，我们必须用复合盾构来掘进，复合盾构就是既能挖沙土又能挖软岩，滚刀和削刀都需要具备。滚刀是靠刀自身的旋转挤压把岩石挤碎;削刀是切削岩石、软土的。复合盾构适用于岩石不能自稳的情况，如果是很硬的岩石，直接挖完之后也不会塌陷，不用加管片，而大连的大部分地质是不加管片自己就塌陷了，所以需要这种复合盾构。”柴荣峰说。“仅仅以大连这个城市的地质情况来说，地铁项目26个标段的地质条件也不尽相同。我们估计港湾广场101标段始发的‘大连1号’可能打150米~200米左右需要更换一次刀具。而将要从星海广场的107标段始发的盾构机估计百八十米就要换一次刀具，这一标段地下有大量鹅卵石，鹅卵石对刀具的磨损非常大。 ”柴荣峰说。“大连这台盾构机，相比以前出厂的设备更适应复杂地质条件，它软硬基本通用。 ”王晓斌说。

　　记者获悉，“大连1号”的开挖直径是6.28米，一环管片挖掘下来的沙土体积不到40立方米，但挖掘下来以后松软膨胀，一般膨胀率在30%左右，因而每掘进一环(1.2米)产出的渣土体积在60立方米左右。柴荣峰说，渣土是通过盾构机的螺旋输送机从前方传输出来排到皮带机上，然后皮带机给传输出去。如果排渣井距离比较远，在皮带机之后也可以再接一个螺旋输送机，把刀盘前方挖掘下来的渣土都运输到后方排出。在渣土排出后，盾构机后方一个干净的隧道就会呈现在面前。

　　“大连1号”资料

　　◎长：83米

　　◎重：500余吨

　　◎工作原理：通过盾构油缸作用在后面已经安装的管片上，反作用力使盾构机前进。同时，压驱动刀盘旋转，通过滚刀、削刀挖掘沙土或者软岩，使之前进。形象比喻，就像钻头一样，钻床在后面给力，钻头前进。