20日上午,济南黄河隧道“黄河号”盾构机正式掘进。这是目前国内最先进的超大直径泥水平衡盾构机,它的掘进将是万里黄河上首次大直径盾构施工。这样一个总重近4000吨的“大家伙”到底是怎么工作的?

齐鲁晚报·齐鲁壹点

记者 王皇 戚云雷

1.俩盾构机如何穿河?

一先一后北向南掘进

考虑到黄河地下特殊的地质条件,济南黄河隧道专门采用了德国进口、最先进的泥水平衡盾构机。

中铁十四局该项目盾构工区副经理田兆平介绍,隧道使用这两台盾构机从北岸向南岸掘进。“黄河号”盾构机20日正式在西洞中向南掘进。而将在东洞掘进的“泰山号”盾构机组装已接近尾声,将进行通水通电通气的调试,预计11月具备始发条件。根据设计,两台盾构机将一先一后拉开约200米的距离在两个洞同向掘进,东洞与西洞之间在始发位置约有8米间隔,沿线双洞之间的间隔最大将超过10米。

2.“大家伙”咋运来?

海陆联运后现场拼装

济南黄河隧道盾构机刀盘开挖直径15.76米,相当于5层楼高,长166米,总重近4000吨。与此相比,济南地铁用的盾构机只能算是“小弟弟”,地铁盾构机开挖直径6.68米、全长85米、重500多吨。

这样的“大块头”运到济南可不容易。两台盾构机都在广州下线,需要先拆解再运输。运输分两部分,超宽、超高、超重且无法分解的部件需要经过海运运输。从广州南沙货运码头起运,经过半个月左右的时间运抵潍坊羊口港,然后再通过特种运输车辆历时三到四天运抵工地。其他小的部件则通过陆路运抵工程现场,运输1800多公里,需要40个小时左右。

盾构机还需要在始发井中下井吊装,盾体、井字架、主驱动都需要吊装下井,最后进行主机拼装。

3.每天能“跑”多远?

目前日掘进8-10米

20日,记者进入“黄河号”盾构机内部。这台盾构机在地下35米、宽50米的始发井里缓缓转动刀盘作业。盾构机的刀盘相当于人的“牙齿”,用来切削前进过程中的泥土,特别针对济南黄河隧道的地质条件设计,有专门的刀盘冲刷系统,增加了冲刷设施,刀盘中间有不同角度和位置的冲刷,以防止刀盘被黏死。

盾构机刀盘后侧就是主驱动,这也是盾构机的“心脏”,由14个变频电机带动,总功率4900千瓦。主驱动驱动刀盘,而且可以前后伸缩,对刀盘起到保护作业,而且便于常压下换刀盘。

“黄河号”盾构机工作时,通过一圈28对56个千斤顶顶在管片上向南掘进,一块管片长2米,千斤顶顶出2.7米的距离后就会暂停,进入拼装环节,盾构机上半圆形的管片拼装机就会把管片无缝拼接到隧道的外圈。

田兆平介绍,目前“黄河号”盾构机已经向南掘进了12环共24米,以每天8-10米的速度掘进,掘进至河床时,掘进速度将加快至一天16米到接近20米。目前“黄河号”距离黄河北岸的河床还有近600米。

4.地下黏土层咋破?

特配泥水混合掘进

该项目盾构经理李海振介绍,盾构机相当于一台超级智能机器人,集隧道开挖、衬砌一次成型,自动化程度高、施工效率高、沉降控制标准高,安全、节能、环保。

刀盘切削的土体经冲刷落入开挖仓底部,再经搅拌器以及泥水循环泵送至地面泥水分离场进行沉淀或筛分处理。“干的渣土外运,泥水仍可循环利用。”田兆平强调。

在管片外侧,为防止地面出现沉降、隆起等变形,管片和原始的土层之间还要同步注浆填死。“我们边推进边注浆,由盾构机来完成,把地面上拌的砂浆打到盾构机上,盾构机上有专门的泵,通过泵送到盾尾后面,最终流向管片外面。”田兆平介绍。

5.掘进咋不偏航?

全靠“大脑”控制

盾构机在地下“埋头”掘进,怎么保证不偏离航道?这就主要靠盾构机的“大脑”来控制了。

田兆平介绍,系统控制室相当于人体的大脑,是盾构机最核心的部位。泥水平衡由泥水循环系统控制,这是一个单独的系统,包括主操作系统和测量系统。

据介绍,盾构机组装结束后,将从始发井开始挖掘,其方向由盾构机上安装的导航系统控制。田兆平说,盾构机的主推进系统分为A、B、C、D、E、F六组,一共有28组56个千斤顶,分布在管片的不同位置,操作室可以对这六组千斤顶进行方向和力度的控制,控制盾构机的掘进方向。“如果想让盾构机往那边转弯,就在这边加力,那边的力小一点,这样盾构机就可以实现向上和向下等方向的转向。”

盾构机这样的“大家伙”,很多人认为操作它需要不少人员,实际上并非如此。由于泥水循环系统控制的便捷性,主操作系统只需要两位操作人员即可完成。同时,盾构始发井施工时就一并设置了wifi,在地下也有了上网信号。