隧道股份研制最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)

　　徜徉于外灘，開闊的黃浦江從身畔緩緩流過，各色洋建筑的奇特風(fēng)格呈現(xiàn)眼前：哥特式的尖頂、古希臘式的穹窿、巴洛克式的廊柱、西班牙式的陽臺……

　　然而，車水馬龍的路面交通橫跨其中，分割了整體景觀。

　　為了更大限度地體現(xiàn)外灘的歷史文化風(fēng)貌特色，分流外灘過境車輛，上海外灘通道工程啟動。

　　這條為2010年世界博覽大會服務(wù)的外灘通道，采用直徑14.27米的土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)行掘進(jìn)。隧道建設(shè)者--上海隧道工程股份有限公司，同時又是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的制造者，他們把這臺盾構(gòu)自豪地稱為:"獻(xiàn)給世博的中國驕傲"。因為，這臺盾構(gòu)是上海隧道股份制造和使用的最大直徑土壓平衡盾構(gòu)，更是中國迄今為止使用的最大直徑土壓平衡盾構(gòu)。

　　國內(nèi)大直徑隧道基本都選用大直徑泥水平衡盾構(gòu)，為何外灘通道工程垂青于大直徑土壓平衡盾構(gòu)？這還要從外灘通道工程的先天不足和土壓平衡盾構(gòu)的后天優(yōu)勢說起。

帶著"鐐銬"跳舞--工程的"先天不足"

　　外灘通道是上海市"三縱三橫"交通中三縱東線的組成部分。建造外灘地下通道的目的是解決外灘的交通擁堵問題，分流三縱東線外灘的過境車輛，服務(wù)上海世博會交通。建成后將是一條雙層雙向的小車專用地下道路。

　　整個外灘通道工程從中山南路老太平弄至吳淞路、武進(jìn)路，以福州路接收井為界，分為南段與北段。北段工程南起福州路工作井，北至吳淞路、武進(jìn)路，其中天潼路到福州路的區(qū)段采用盾構(gòu)法施工。該盾構(gòu)掘進(jìn)段共長1098米，從天潼路工作井始發(fā)，沿線從地下穿越諸多上海的標(biāo)志性建筑，如浦江飯店、上海大廈，還將從外白渡橋下穿過蘇州河，再從中山東一路下方穿過，最終抵達(dá)福州路工作井。外灘防汛墻和承載百年歷史的"萬國建筑群"緊貼隧道軸線。要在逼仄的上海核心區(qū)域建造一條大直徑隧道，同時要保護(hù)好周邊建筑，還要把對環(huán)境的影響降到最低，這就好比帶著"鐐銬"跳舞。工程人員必須利用"最有限"的資源與各種"限制"周旋，建造一條既能有效分流交通，又能還外灘景觀于民的優(yōu)質(zhì)隧道。正是出于這一考慮，工程采用了14.27米的土壓平衡盾構(gòu)。

揉入古典風(fēng)格的"現(xiàn)代舞"--盾構(gòu)的后天優(yōu)勢

　　所謂土壓平衡盾構(gòu)，是指盾構(gòu)在推力的作用下，刀盤切削土體，通過調(diào)節(jié)螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速控制土艙的排土量，達(dá)到土艙與開挖面的土壓力動態(tài)平衡。這是目前國際、國內(nèi)隧道施工的主力機(jī)型，它跳的是"現(xiàn)代舞"，又繼承了傳統(tǒng)特色，揉入了"古典風(fēng)格"。

　　與泥水平衡盾構(gòu)相比，土壓平衡盾構(gòu)具有以下優(yōu)勢：

　　針對工程的淺覆土，土壓平衡更易控制開挖面穩(wěn)定；

　　針對地域的局限，土壓平衡盾構(gòu)比泥水盾構(gòu)施工占地更少；

　　針對泥水分離系統(tǒng)的價格昂貴，土壓平衡盾構(gòu)價格低廉；

　　如需切削鋼筋混凝土板樁，土壓平衡盾構(gòu)螺旋機(jī)比泥水盾構(gòu)更便于排渣。

　　此外，隧道長度適中，便于土壓平衡盾構(gòu)施工。

　　與以往用于地鐵施工的土壓平衡盾構(gòu)相比，大直徑土壓平衡盾構(gòu)又有不同：大直徑土壓平衡盾構(gòu)配備有固定式和可更換式的土壓傳感器；

　　螺旋機(jī)采用無級調(diào)速設(shè)計，能精確計量出土，確保動態(tài)壓力平衡效果；

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　　充分考慮開挖面增加導(dǎo)致進(jìn)入土艙的土體體積增大，增加了刀盤、隔艙處的注入口數(shù)量，通過加注泡沫或膨潤土來改良土體，加強(qiáng)了土體改良效果；

　　在土倉中心區(qū)域增加多個攪拌機(jī)，進(jìn)一步改善了中心區(qū)域的土體的流塑性……

大盾構(gòu)帶來大挑戰(zhàn)

　　首先是大--此次施工首次制造和使用了中國最大直徑14.27米土壓平衡盾構(gòu)。該盾構(gòu)全長80多米，總體重量約3600多噸，其部件大都屬于超長、超寬、超高、超重類型。

　　其次是難--上海隧道股份遇到了眾多世界級難題。

　　直徑盾構(gòu)殼體超大。該殼體直徑為14.27米，國內(nèi)不具備相配套的金加工設(shè)備。上海隧道股份自主設(shè)計制造了專用車削設(shè)備--多功能銑加工設(shè)備，不僅節(jié)約了大量資金，更縮短了工期。

　　場地和起吊限制。驅(qū)動裝置重達(dá)415噸，被分解成多個部件運輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場進(jìn)行安裝。由于場地有限和起吊能力限制，所有驅(qū)動五大件都是先吊運至井下再進(jìn)行安裝，在井下進(jìn)行組裝后再整體翻身。

　　刀盤驅(qū)動裝置采用電機(jī)驅(qū)動，其最大扭矩達(dá)69418KN/M，軸承的壽命可達(dá)10000小時。大刀盤總重達(dá)300多噸，單體中心塊最大重量為200多噸；與以往平面刀盤裝置不同，該刀盤面采用了錐面設(shè)計，大大增加了加工的難度和精度控制；采用振動式退火，消除內(nèi)應(yīng)力，不僅節(jié)約了成本，而且大大節(jié)省了時間；螺旋輸送機(jī)直徑近2米，總重量約100多噸，是目前使用的最大直徑和最大重量的螺旋機(jī)。

　　盾尾密封裝置首次全部采用耐磨的不銹鋼材質(zhì)，具有不易腐蝕、密封性好的特點，有助于盾構(gòu)長距離推進(jìn)。

　　拼裝機(jī)裝置采用真空吸盤夾取管片的結(jié)構(gòu)形式，提高了拼裝機(jī)夾取大重量管片的安全性。首次實現(xiàn)吸盤拆卸功能，能夠同時滿足不同尺寸的管片和鋼管片的不同拼裝需要。具有6自由度控制，打破了以往只能進(jìn)行分別調(diào)節(jié)拼裝機(jī)的局限。

大直徑土壓平衡盾構(gòu)研發(fā)的未來

　　據(jù)上海隧道股份的專家介紹說，大直徑土壓平衡盾構(gòu)的合作制造，填補(bǔ)了相關(guān)配套技術(shù)--超大質(zhì)量盾構(gòu)部件制造、組裝和調(diào)試上的空白，為中國大直徑土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)積累了寶貴經(jīng)驗，同時為上海隧道股份土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)提供了依據(jù)和指導(dǎo)。如：該盾構(gòu)驅(qū)動裝置采用電機(jī)驅(qū)動，對同樣采用電機(jī)驅(qū)動的D型土壓平衡盾構(gòu)改進(jìn)提供了有益借鑒。另一方面，大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工為以后在鬧市區(qū)內(nèi)進(jìn)行大直徑隧道建設(shè)提供了經(jīng)驗。

　　從1960年代開始，上海隧道工程股份有限公司就在盾構(gòu)研制和技術(shù)創(chuàng)新上投入了大量的人力和物力，并于2004年研發(fā)成功具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)地鐵盾構(gòu)"先行號"。自行研發(fā)、自主設(shè)計、部件選型，上海隧道股份掌握了地鐵盾構(gòu)制造的核心技術(shù)，獲得2006年度上海市科技進(jìn)步一等獎，"先行號"被列入2006年度的國家重點新產(chǎn)品計劃。在2007年國際工業(yè)博覽會上，獲得銀獎第一名。大直徑土壓平衡盾構(gòu)的制造，是上海隧道股份繼國產(chǎn)地鐵盾構(gòu)后，在中國地下工程重大裝備開發(fā)領(lǐng)域邁出的又一大步。

　　有識人士認(rèn)為，抓住目前中國大直徑隧道的巨大市場和良好發(fā)展機(jī)遇，通過合作制造加快經(jīng)驗積累，掌握核心技術(shù)，從而加快研發(fā)國產(chǎn)大直徑土壓平衡盾構(gòu)，形成國產(chǎn)盾構(gòu)產(chǎn)品系列化，不僅加快提升中國掘進(jìn)機(jī)制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力與核心競爭力，而且對促進(jìn)國家的工業(yè)化和城市化進(jìn)程，高效、環(huán)保和安全地開發(fā)利用地下空間，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建和諧社會，都具有重要的戰(zhàn)略意義，必將產(chǎn)生更為巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。