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‘振兴号’盾构机掘进1500m后磨损和偏差不到1cm

  来源:中交天和 科技日报  发布:2020/11/20  浏览:+ 放大字体 | - 减小字体

摘 要:南京和燕路过江通道因江底地质条件复杂,被称为“迄今为止长江上最难建的过江通道”。“目前,隧道右线的‘振兴号’盾构机正在水下77米深处,穿越160米长的上软下硬地层,每天掘进6-8米。”11月13日,在隧道施工现场,南京市公共工程建设中心副主任、总工程师说。

南京和燕路过江通道因江底地质条件复杂,被称为“迄今为止长江上最难建的过江通道”。

“目前,隧道右线的‘振兴号’盾构机正在水下77米深处,穿越160米长的上软下硬地层,每天掘进6-8米。”11月13日,在隧道施工现场,南京市公共工程建设中心副主任、总工程师说。

自今年1月12日正式始发以来,“振兴号”已经向前推进了1500多米,刀具最大磨损量仅有9毫米,与设计图纸相比线路偏差也不到1厘米,均达到了令人惊叹的水准。

图为隧道通过地层示意图

图为振兴号从中交天和下线

这条隧道为何号称“最难建”

南京和燕路过江通道为南隧北桥模式,南段隧道段长4206米,其中盾构段长2976米。

据介绍,盾构段穿越的地质结构有砂层、上软下硬地层、全断面基岩。更令人担心的是,盾构机还要穿越多个江底断裂带和岩溶区域,其中溶洞是大型盾构隧道的大敌。

“这里的地质条件非常复杂,就像是一个地质博物馆。” 工作人员介绍,以中国工程院院士钱七虎为组长,由5位中国工程院院士和16名专家组成的南京过江隧道技术专家组一致认为,和燕路过江通道是目前国内在建穿越长江最复杂、最困难、水压最高的超大直径隧道。

目前,振兴号盾构机正在水下70多米深处的超高水压区域掘进,水压达0.72兆帕。未来几天内,盾构机即将穿越冲槽浅覆土、断层破碎带等叠加层高风险地段,此段水深达79米,是全线水土压力最大的区域,存在冒顶、沉降、失稳坍塌等巨大风险。

但是,记者在现场却看不到有丝毫的紧张气氛。工作人员告诉记者,在设计之初就准备了应对一切风险的“工具包”,包括特制的刀盘、泥水分层逆洗、同步注浆、超前地质钻探和注浆等先进技术。

135米长的盾构机仅需3人操控,正常的掘进是按程序自动进行,他们只要盯着8块显示屏,如果参数有误才会改用人工操作。

盾构机头部的圆形刀盘由28组千斤顶向前推进,每组千斤顶的推力达880公斤,刀盘每向前推进几米就要停下安装一环混凝土管片,工作人员通过国际领先的智能化管片拼装系统,只需一个按钮,就能自动运输、抓举、拼装沉重的预制管片。

图为智能化管片拼装系统

图为工作人员在操作舱内

图为28组千斤顶推进刀盘向前掘进

连续掘进1500米不换刀

“振兴号”是中国首台采用自主技术和多项国产核心零部件设计制造,其刀盘直径达15.03米,总长135米,总重量达4000吨超大直径盾构机。其直径是目前应用于在建长江隧道中最大的。

盾构机宛如穿行地下、吞石吐泥的巨龙,刀具就是它的牙齿,对隧道的顺利贯通至关重要。

“这台盾构机的常压刀盘和换刀装置都是自主研发的。”盾构机研制方、中交天和机械设备制造有限公司总工程师周骏说,他们在世界范围内首次采用超大直径盾构超长不换刀技术,不仅节约大量成本,还降低因换刀而导致的隧道坍塌和人身伤害风险。

在和燕路过江通道前1500米施工中,在同等地质条件下,其它盾构机200米左右就需要更换刀具,“振兴号”在该地层连续掘进了1500米未换刀。掘进到800米时,刀具最大磨损量为5毫米,刀具允许磨损量是50毫米;掘进到1500米,刀具最大磨损量仅为9毫米。

此前,用于南京扬子江隧道施工的“天和号”超大直径盾构机,曾创造了砂卵石地层2580米不换刀纪录。

图为已经拼装好管片的隧道

会做“填空题”的盾构机

和燕路过江通道的难度在于,盾构机穿越长江后还要打通江边的幕府山,这里的地质构造为全断面基岩,其中包括410米长的岩溶区域。

“根据地质勘探,幕府山下有大小不一的溶洞,最大有数米高。”总工程师说,盾构机掘进到这里就有可能被困住或方向出现偏差,在美国就曾有过盾构机被困在地下动弹不得的案例。

周骏告诉记者,科研人员专门研制了超前地质钻探和注浆技术,简单说就是利用小的钻探装置,让“振兴号”能感知前方是否有空洞,并用砂浆将空洞填满,填满之后再继续推进。

而在江底,也并非全是砂石地质,比如目前正在穿越的上软下硬地层,上层是粉细砂,下层是中风化角砾岩,这也极易导致盾构机跑偏。

目前,“振兴号”的偏差不到1厘米,大大低于设计允许偏差,属于非常优秀的水平。

周骏介绍说,“振兴号”国产化率95%以上,国产常压换刀装置、刀具全状态监测系统、刀盘伸缩摆动装置的应用,不仅降低了制造成本,还将核心技术牢牢掌握在自己手中。

图为正在运行的盾构机尾部

编辑:郑洁

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