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【创新】国产首台常压换刀式超大直径泥水平衡盾构机验收下线

国产首台常压换刀式超大直径泥水平衡盾构机验收下线

9月24日,由铁建重工和中铁十四局联合研制,具有完全自主知识产权的国产首台常压换刀式超大直径泥水平衡盾构机“沅安号”在湖南长沙顺利验收成功下线,实现了国产自主盾构研制技术的又一次大跨越,填补了国产盾构机常压换刀技术领域的空白。

“沅安号”的刀盘设计犹如一朵绽放的桃花,为平素刚劲的国之重器凭添了一份柔美的艺术气息,是目前国内颜值最高的盾构机之一,其开挖直径11.75米、整机长度132米、总重约3000吨,装机功率6100千瓦。预计9月底陆续运抵常德沅江过江隧道施工现场,开启“穿江河、越湖海”的使命,为湖湘大地的轨道交通建设作出贡献。

据了解,常德沅江过江隧道是湖南沅江流域中的第一条城市交通跨江隧道,也是首条大直径过江盾构隧道。隧道总投资25.44亿元,设计全长2240米,设计时速60公里/小时,工期3年,建成后两岸车辆最快5分钟即可过江。隧道由中铁十四局施工建设,采用泥水盾构法施工,其中江中盾构段长1680米 。据地质勘测结果显示,常德沅江过江隧道具有开挖断面大、水文地质条件复杂、穿越地层强度高、渗透系数大、高水压等特点。沅江防洪大堤为人工填筑而成,含有大量块石、卵石,不利于隧道施工。隧道地质层富含卵石,均匀性较差,主要为石英质,点载荷强度为0.51-5.21兆帕,将对盾构机刀盘施工作业造成不利影响。

通常情况下,压力平衡式盾构机必须是带压力施工的,只有保持压力平衡,才能控制施工掌子面沉降,保证施工安全,所以无论工作还是不工作,盾构机刀盘后的压力舱都要保持与外部相当的压力。盾构机更换刀具需要在高于正常条件下2倍以上的高压环境中作业,这个过程十分危险。此前该项工作一般都是由资深潜水员担当,劳动报酬每小时约1万元,工作时间短,准备周期长,进入压力舱到出舱的过程最少需要6个小时,每次只能更换部分刀具。出舱过程至少需要2小时逐步减压,否则溶解在血液内的高浓度氮气会在迅速降低的压力下释放并膨胀,把作业人员的肺吹爆,具有很大的危险性,场外甚至还需专门配备救护车。人员奇缺,劳动报酬高,工作效率低是长期困扰盾构机带压换刀的难题。

针对盾构机施工过程中刀具更换难度高、风险大这一行业难题,铁建重工在该设备上率先采用自主研发的常压换刀技术,可有效避免泥水盾构机带压换刀给工作人员带来的作业风险,大大提高了换刀作业效率,降低了带压条件下换刀成本,使换刀作业更安全更可靠更便捷,将高强度、高风险、高污染的隧道掘进工程作业转变成为相对安全、可靠、高效的绿色施工模式。

除了常压换刀这一“独门绝技”以外,“沅安号”集许多先进技术于一身。它融合了铁建重工自主研发的集成控制技术,整机性能先进可靠,采用了集成箱涵同步拼装技术,掘进施工过程中可进行预制箱涵同步拼装,缩短工期,大大提高了隧道整体施工效率;通过高精度气液压力平衡控制技术的应用,保证了掘进开挖过程中掌子面持续高精度稳压控制;采用大功率泥浆环流冲刷系统优化匹配技术,为系统高效开挖和输送提供了一体化保障措施,便于灵活操控和实时运行参数调整,充分满足隧道建设快速、优质、高效、安全、环保、集成化程度高的要求,代表了我国隧道施工现代化发展方向。

目前,铁建重工泥水平衡盾构机系列开挖直径覆盖3~17米,凭借优异的施工性能、极高的技术水准推动了我国隧道掘进装备产业升级,提升了我国装备制造业水平和重大装备国际核心竞争力,标志着我国现代化大型隧道施工装备已经达到世界领先水平。


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