满足大净空施工需求适用软硬地质掘进国内最大直径土压平衡盾构机下线
2016-10-14
10月12日，国内自主设计制造最大直径土压平衡盾构机在中铁工程装备集团国家TBM产业化中心下线，盾构机直径为12.14米，将用于太原铁路枢纽西南环线项目。该设备的问世，打破了我国超大直径盾构产品技术长期依赖进口、核心技术受制于国外制造商的不利局面，对满足未来城市交通路网发展建设有着重要意义。
大直径满足大净空
2016新年前后，太原铁路西南环线东晋支线工程进场开工，本项工程将采用土压平衡盾构技术进行隧道挖掘，该技术在山西属首次使用。与此同时，中铁工程装备集团设计研究总院的研发人员接到一个前所未有的任务——为太原铁路西南环线东晋支线工程项目设计一台超大直径盾构机。
目前国内铁路隧道的净空内轮廓是根据列车、列车时速引起的空气动力学原理来确定的，如时速200公里的隧道净空面积在80多平方米，半径6米；时速250公里的隧道净空面积在92平方米以上，半径6.4米左右。而太原铁路西南环线东晋支线隧道项目设计为客货列车两用且双线单洞，所以要求隧道净空较大。为了满足工程需求，研制一台超大直径的土压平衡盾构机迫在眉睫。
“以前我们生产的主流盾构机产品，刀盘直径多在6米左右。”中铁工程装备集团设计研究总院结构所所长袁文征说，研发这台盾构机无疑是一个巨大的挑战。
袁文征表示，太原铁路西南环线东晋支线工程项目，断面较大、隧道推进距离长（4850米），如果仍然按照常规盾构机设计模式，那么势必会加大隧道设计的研发投入，且耗时费力。
而如今，中铁工程装备集团的创新能力和技术水平均已达到一定水准。“直径12—15米的盾构机，我们都能够研制。”袁文征说，按照国家供给侧结构性改革要求，中铁工程装备集团主动调整增长方式，主动开发新产品以满足国内建设市场需求，而这次超大直径盾构机的研制就是对国家供给侧结构性改革的一个正面、主动、有效的响应。
圈盘形滚刀“软硬通吃”
很快，由中铁工程装备集团设计研究总院结构所组成的研发团队成立了。一个最现实的问题摆在他们面前：怎样最大限度保证这台超大直径盾构机的开挖效率？
由于盾构机开挖直径大，带来了刀具磨损速率加快、开挖舱内碴土改良难度加大等诸多设计难题。此外，盾构应用的隧道位于太原市城郊结合区域，上方建筑物较多，盾构机还将穿越地下长达两公里的卵石层，卵石粒径甚至达到了60厘米，如此大直径盾构隧道穿越长距离复杂地层也是全国首例，这对盾构机刀具耐磨性提出了挑战。
问题的难度陡然上升，但这些都被盾构研发小组一一破解。
研发团队经过多次讨论，最终将问题的关键所在放到了对盾构刀盘的针对性设计上，他们在盾构刀盘上安装了可拆卸格栅及挡板，使之既适应全断面泥岩、黏土掘进，也适应大粒径卵石地层掘进；同时在刀盘布置直径达到17寸刀体、19寸刀圈盘形滚刀，提高了滚刀的耐磨性和抗冲击性，以应对密实卵石及瓢石地层。
为了保证盾构机的安全高效，设计人员还为盾构机配置了双舱并联人仓，设计有成熟的全气动压力调节装置，此套系统为全气控装置，在网电断电时系统仍能正常工作，确保带压换刀时舱内人员安全。
凭借着敢于创新的精神、勇于探索的勇气，研发团队终于迈过一道道坎，将12.14米的超大直径盾构机成功研发出来。
中铁工程装备集团总经理谭顺辉表示，此前国内大直径土压平衡盾构核心技术一直掌握在外方手中，此设备的自主研制填补了我国在大直径土压平衡盾构领域研发的空白，也标志着我国正式突破超大直径土压平衡盾构设计与制造中的一系列关键技术，满足未来城市交通路网发展建设对超大直径土压平衡盾构的迫切需求。
