由济南重工设计制造的我省首台大直径地铁隧道盾构机“开拓一号”顺利完成组装调试,将于5月17日验收下线,6月份在济南轨交R1线王府庄站施工区间完成始发。
15日,记者来到济南重工,见识了被称为“工程机械之王”的盾构机。据悉,这台盾构机为济南轨交量身打造,开挖直径达6.68米,总长85米,总重515吨,月挖约200米。
为济南地质水文量身打造
盾构机,全称全断面隧道掘进机,是一种具有金属外壳,壳内装有整机及辅助设备,在盾壳的掩护下进行隧道土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业,从而构筑隧道的特种施工装备。
5月17日,我省首台大直径地铁隧道盾构机“开拓一号”将验收下线。15日上午,记者来到位于机场路的济南重工,提前揭开了“工程机械之王”的神秘面纱。
该公司相关负责人介绍,这台盾构机开挖直径6.68米,总长85米,总重量515吨,身价约5000万元。由刀盘、盾体、主驱动、管片拼装机、螺旋机、皮带机等10余个部分组成。
“济南市内南高北低,南靠泰山余脉,北邻黄河冲积平原,地层中软土、砂卵石、灰岩交替分布,岩溶裂隙强烈发育,形成了复杂独特的地质水文条件。”该机器技术负责人许京伟介绍,他们生产的盾构机是为济南量身打造的复合盾构机。
据了解,济南造盾构机刀盘配备41刃高强材料滚刀,以及撕裂刀、刮刀。“滚刀碎石、撕裂刀把砂土划成小块,刮刀将这些碎石和泥土刮下来。”许京伟说,三种刀片有不同的高度差,分工协作。首台盾构机的刀盘重65吨,8个电焊工花了40天焊接出来。
挖隧道时能左能右像个大虫子
许京伟介绍,轨道交通地下段使用盾构机时,一般先在规划的两个车站位置各挖出一个类似“豁口”的基坑,然后把盾构机吊下去。盾构机在地下10米至20米的位置开挖隧道,像个虫子一样往前拱；能上能下,能左能右,最小转弯半径250米,100米上下坡不超过5米。
“R1线有一段需要穿过京沪高铁地下,这时盾构机要在地下30米处工作。”许京伟说,盾构机始发后,在液压的推动下,只能前进不能后退。刀盘将砂卵石、灰岩等打碎后,渣土通过传送带运送到出渣口,然后通过编组列车运到“基坑”。许京伟说,编组列车共65米,有四节渣土车、两节管片车,还有沙浆罐车。“管片运送到指定位置后,再通过摆渡车运到管片拼装机,拼装隧道管片。”他介绍,管片宽1.5米,每一圈需要6块。
据悉,一般管片和外壁有大约14厘米的空隙,通过浇筑泥浆弥合缝隙。而盾构机经过后,就可以直接铺铁轨了。一个小时的时间内,盾构机约有40分钟在开挖隧道,20分钟在拼装隧道管片。
一个月开挖200米左右
许京伟介绍,盾构机接入10万伏电压,经机器上的变压器转换为400伏电压开始作业；该机器设计功率1800KW,驱动功率945KW,工作起来每小时耗电量为900多度电。
遇到岩石,盾构机每分钟可转3.5转,推进7毫米；遇到软土每分钟转1转,推进40毫米至80毫米。许京伟说,在济南的地质结构中,盾构机每月可推进200米左右,砂石层2公里就需要换一次滚刀。
据悉,因为该设备的关键部件主轴承、电机、液压马达等是从国外引进的,有寿命年限。各个零部件接近了使用寿命,考虑到隧道施工安全和可靠性,一般就不用了。据悉,现在也在研究盾构机再制造。
8个人操控 需随时注意出土量
这么大的机器需要多少人控制呢?许京伟说,盾构机需要一个机长,负责开挖控制和工序组织；有人负责拼装管片,运送管片、拧螺丝；还有人负责清运渣土。整个班组大约8个人。当然,所有的工作基本都是自动化,操作相对简单。
操作室是盾构机大脑,控制盾构机推力、速度、方向等掘进参数的操作室,里面有一些屏幕将分别监控着隧道掘进时同步注浆的情况,盾构机刀头的位置和方向、管片运入和渣土输出的实时状况。操作室里配备了空调,盾构机上还有卫生间。
“渣土口附近有监控,机长在操作室里可以随时通过屏幕查看。”许京伟说,一般开挖一环会产生大约55方渣土,每辆渣土车可以装18方,3辆车基本可以装完,如果渣土远超出这个数量,就说明机器在施工过程中有地方出现了塌方。
每一个机长都要对这些情况熟练掌握,如果开挖的是砂卵石,渣土增加约0.4倍,如果是黏土增加0.2倍左右。“如果出土量出现异常,必须要停机检测。”许京伟说,一般情况下,使用盾构机产生的地面沉降不超过5毫米。
遇水要停工 灌注泥浆或黄豆
许京伟介绍,首台盾构机刀盘设计了42%的开口率,“直径500毫米的岩石可以穿过刀盘,经过螺旋排土机运走。”他说,盾构机最怕遇到平行水和孤立的大石块。
“遇到直径较大的孤石或飘石,需要人工在石头上钻孔；如果石头很大,只能采取人工爆破的方式,将石块炸碎再开掘隧道。”许京伟说,最麻烦的还是水。如果仅是一些没有压力的渗水,不会影响施工。如果有带有压力的水,不超过10公斤,也就是水深不超过100米的压力,基本不会影响施工。
许京伟说,遇到突水情况,盾构机停止工作,人工浇灌泥浆、锯末或者黄豆等,把水吸成果冻状,然后再倒出来。但是如果遇到水压很大的情况,就麻烦了,“水压可能将盾构机密封破坏,损害机器,影响施工。”许京伟说,因为之前经过多次勘探,一般不会出现这种极端情况。
