“量身定制”的穿海利器！記者探訪膠州灣二隧盾構機→
200多年前，法國工程師布魯諾爾從“鑿船蟲”在木頭上鉆洞，同時分泌黏液加固洞穴的現象中獲得靈感，發明了世界上第一臺“開放型手掘盾構”，成為人類歷史上隧道施工的一大技術突破。
如今，隨著工業化水平的不斷提升，盾構機憑借快速、安全、自動化程度高的優勢，已被廣泛應用在地鐵建設、隧道開挖及水利工程等領域，如同“鋼鐵蚯蚓”一般，深入地下嚼石啃土，建起一條條連通千家萬戶的城市地下動脈。
在碧波蕩漾的膠州灣海平面下80多米，一項與大海“較量”的“超級工程”正在如火如荼地開展，3臺龐大的盾構機同時在海底潛行，奮力開挖青島膠州灣第二隧道項目（簡稱“膠州灣二隧”）。巨大的盾構機到底如何在海下掘進？在幽暗的地下，盾構機如何確保方向不偏？結合膠州灣二隧建設，盾構機又有了哪些“量身定制”？近日，記者走入“海天號”超大直徑盾構機，揭秘這個開挖直徑15.63米、總長142米、總重5166噸的龐然大物。
通過梯籠逐階而下，一片明亮的“機械世界”便展現在眼前：燈光將地下照得通明，雖說是挖掘作業，但施工現場卻非常干凈整潔。
“‘海天號’盾構機是泥水平衡盾構機，由刀盤、主驅動、盾體、后配套（臺車）等幾大部件組成。”一同坐上通勤車駛入盾構機內部時，中鐵十四局集團膠州灣二隧TJ-05標盾構經理陳宗凱打開了話匣子，他告訴記者，在盾構機內部巨大的空間內，分布有成千上萬個零部件，各類管線、電路如毛細血管一般錯綜復雜，各類大型機械化設備高效運轉。
下了通勤車，順著安全通道走到最深處，陳宗凱指著前方介紹，前面轟隆作響的便是刀盤——盾構掘進最為關鍵的部件之一。“刀盤上密密麻麻分布著數百個硬質合金制成的刀頭，最輕的也有200斤。”據陳宗凱介紹，這些刀分為滾刀和刮刀，滾刀在滾動過程中，刃口不斷擠壓巖石，使巖石產生破碎坑；刮刀的刀刃則更寬厚，用來把已經松動的巖體刮下來。
但再堅硬的刀具也有損壞的可能，盾構機現在穿越的地層多為凝灰巖，十分堅硬，在掘進過程中每周都要更換刀頭，好在“海天號”盾構機配備了先進的DCRM滾刀旋轉檢測系統，可以第一時間精準獲知具體哪個刀頭需要更換，確保掘進高效安全進行。
刀盤連接著主驅動，是盾構機的核心部件。主驅動配備多臺大功率電機，帶動刀盤轉動。盾體則承受周圍土層和地下水帶來的壓力，起臨時支護作用，掘進、拼裝管片等作業均在盾體的掩護下進行。泥水平衡盾構機的掘進原理主要是“挖掘”和“推進”，這兩個任務持續進行，周而復始。
“挖掘”就是在開挖倉中注入適當壓力的泥漿，使其在開挖面形成泥膜，支撐正面土體，再通過旋轉刀盤進行土體開挖，切削的土體與泥漿混合后，由排漿泵及管道輸送至地面泥水分離廠。“推進”則是通過控制多組液壓油缸頂在已經拼好的管片上提供反作用力，推動盾構機沿設定路線向前行進。每掘進2.1米就要“休息”一下，拼裝一環管片。
“管片由地面經過管片運輸車和管片吊機，通過喂片機輸送到管片拼裝機下部，拼裝模式下，管片拼裝機‘伸出’真空吸盤，吸取喂片機上的管片，然后拼裝到指定的位置。”陳宗凱說，在此過程中，每組推進油缸可以由拼裝手控制獨立伸縮，管片拼裝時，對應的幾組油缸縮回，提供管片的拼裝空間，管片放置到位后進行微調，調整到位后安裝管片螺栓，油缸伸出頂在已拼好的管片上，拼裝機真空吸盤松開，轉至下方再吸取下一塊管片，不斷循環，最終拼裝成環。
盾構機每完成一環管片的拼裝，就繼續向前推進，推進過程中同步進行注漿，填充管片與土體間的空隙，支撐管片周圍巖體，有效防止隧道變形，推進完成后再拼裝下一環管片，循環往復，最終形成一條完整的隧道。記者了解到，“海天號”盾構機24小時不停歇作業，一般每天可掘進4至6米。
那么，在幽暗的地下，盾構機如何確保方向不偏呢？事實上，先進的盾構機都配備了高精尖的測量系統，能夠實時顯示當前位置與隧道設計軸線的偏差，從而讓操作人員能夠迅速作出調整，確保盾構機沿著既定路線前行。
膠州灣二隧全長17.48公里，由青島國信集團投資建設，青島端盾構段長3255米，建設面臨地質條件復雜、水壓大、長距離穿越全斷面硬巖等難題，將穿越多處斷層破碎帶，最大水壓達9.4bar，相當于指甲蓋大小面積承受9.4公斤的壓力，對盾構機開挖面的穩定、掘進姿態的控制、盾構機的維修保養及管片結構接縫等提出嚴峻挑戰。
為確保盾構設備安全、快速、高效地完成施工任務，青島國信集團牽頭，由中鐵十四局配合組織國內外專家進行充分研究論證，結合國內近20年大盾構施工經驗和技術積累，在刀盤形式、刀具類型、耐壓耐磨能力等方面開展專題設計，打造適應長距離穿越硬巖地層的“穿海利器”。（青島日報/觀海新聞記者 王冰潔）
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