用户名:  密码:   刊号:ISSN1001-554X/CN11-1956/TU  
 
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与世界最大直径盾构的亲密接触——建筑机械杂志社
工程现场 作者:user 加入时间:2006/12/7 12:12:55 点击:4947 
 
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   与世界最大直径盾构的亲密接触
   刘慧彬
“北冥有鱼,其名为鲲。鲲之大,不知其几千里也。化而为鸟,其名为鹏。鹏之背,不知其几千里也。鲲水击三千里,鹏搏扶摇而上者九万里。”
现代工程创造的奇迹总是与古人的浪漫想象有所对应。在上海,世界上最大规模的桥隧越江工程——上海长江隧桥(崇明越江通道)工程正在进行,在海底海上分别展现在世人面前。这雄伟壮丽的一隧一桥,正如分别遨游于海底的鲲和翱翔于海上的鹏让人惊叹,更让长江天堑再变通途。

工程概况
这一桥一隧中最引人注目的是这条世界最大直径的隧道,它采用了目前隧道工程最流行的盾构法施工,而所用的盾构机打破了过去的纪录,是目前世界上最大的。这么大的盾构机是怎么进行安装调试的?如何进行保养?工程进展如何?2006年10月27日,《建筑机械》记者来到施工现场,对工程的施工方——上海隧道股份公司的相关人员进行了采访。
崇明越江通道工程是交通部确定的国家重点公路建设规划中上海-西安的重要组成部分,起自浦东五号沟,接上海郊区环线,过长江南港水域,经长兴岛再过长江北港水域,止于崇明岛陈家镇,暂接陈海公路,全长25.5km。经过长达一年多的论证后,综合分析地质、水文、河势、通航等各种条件,工程最终确定采用“南隧北桥”方案。“南隧”即以隧道形式穿越南港水域,约8.9km,设计时速为80km/h; “北桥”是指以斜拉桥的桥梁形式穿越北港水域,长约10km,设计时速为100km/h,项目总投资约126亿元。工程建成后,驱车从浦东五号沟至崇明陈家镇将不到30min,大大提高上海的交通运输能力。
崇明越江工程隧道部分之所以引人注目,是因为它的“长、大、深”三大特点。长,盾构机一次性掘进7.5km,是目前世界上连续施工距离最长的同类工程; 大,隧道内径约13.7m,外径约15m,盾构机刀盘直径为15.43m,是目前世界上最大的盾构隧道; 深,最高历史水位下最大埋深约为55m,为世界最深隧道之一。工程由2条平行的隧道组成,采用宽敞的6车道高速公路设计,并为轨道交通9号线预留空间。施工分为引道段、暗埋段和盾构段3个部分,将采用2台盾构机同时掘进。

关于盾构
《建筑机械》2006年7月(下半月)曾经介绍过用于崇明隧道的由德国海瑞克制造的盾构机在上海的交接仪式。事实上,这2台盾构机的主要部分是德国海瑞克制造的,而结构件和3节车架是由上海隧道股份公司机械分公司制造的,设备的预装也是在该公司完成的,为工程节省了大量的资金。这2台盾构机不但机器的刀盘直径为15.43m,而且机体的直径也达到了13.98m,每台设备仅机头的质量就为2000t,加上后面的3节车架则有3000t之多。3节车架分为1号车架、2号车架和3号车架。1号车架主要安装有动力和传动部件; 2号车架比较简单,只是一根60m左右的联系梁,主要用来运输管片、工作中需要的一些油脂等; 3号车架主要是一些系统和管路,如泥水管路、气管、冷却水管路等。这2台盾构机采用了气体模式的泥水平衡法。这种平衡方式的反应快,调解精度高。
事实上这2台盾构机最引人注目的还是PLC盾构推进程序实时控制系统,它把智能化信息技术与先进的盾构推进技术紧密结合,建立一套综合的智能应用系统,对盾构机推进过程的所有记录信息进行处理、分析,自动生成质量评定分析报告等。所有信息均可上网,为指挥调度和技术管理人员提供决策支持。另外该系统具有故障自动诊断功能,作业人员可以方便、直观的进行监控和调整,在推进的全过程建立了集视频、监测、控制、调度和管理于一体的计算机综合监控系统。
这2台设备的自动导向系统,每隔十几秒就会自动检测显示一下工作的姿态跟设计轴线偏差多少,达到及时纠偏,使实际掘进轨迹跟计划轴向不会有太大偏离。这样施工质量就有了保障。
盾构机的泥水处理系统采用了法国MS的设备。泥水处理的关键在于分离和处理大于0.075mm粒径的泥浆颗粒,对小于0.075mm粒径范围内泥浆浆液进行回收利用,以此达到降低工程成本,提高工程效率的目的。此泥水处理系统便是根据这种关系进行设计的。MS泥水处理设备包括滚动筛、除砂器和清洁器,一套设备的泥水处理能力为3000m3/h,每台盾构只需一套设备即可满足盾构推进。刚开始的时候出现过一些小问题,因为隧道要穿过的地质层大部分土质很粘,所以有时滚动筛会被堵住,泥水流不下去。通过适当加大筛眼,调节流量,这个问题就迎刃而解了。
设备的操作培训也是一个重要的环节,海瑞克到现场进行培训。培训分两步,首先在教室里进行一个月的感性认识,在盾构机安装好后进行操作实地培训,开始200m,是培训员来操作。中国员工观摩,实习再操作。

施工情况
该工程由上海隧道工程股份有限公司和法国布依格公司联合中标,共同承担风险和利润,施工主要由上海隧道工程股份有限公司完成。上海隧道工程股份有限公司是专门从事软土隧道施工的企业,在海内外先后完成了多条地铁和越江隧道工程,有着丰富的隧道施工经验。
早在20世纪60年代,上海隧道公司就用自己生产的一台网格式盾构机,修建了直径为10m的上海打浦路过江隧道,据说当时的施工现场照片上还有毛主席像和语录,带有浓烈的时代色彩,遗憾的是我们没有找到这张照片。
2004年,上海隧道工程股份有限公司,采用直径为14.87m的法国盾构机,成功地进行了上海市上中路双层4车道越江隧道的施工,为崇明越江通道工程施工积累了宝贵的经验。尽管如此,传统盾构一次推进一般只有1~2km左右,而崇明越江通道一次就推进7.5km,再加上隧道需要穿越的沙性土土性以及长江口复杂的地质条件等因素,依靠以往的经验难以满足工程建设的要求。崇明隧道施工场面宏大,施工期高峰人数达数百人,施工现场投入各类设备近千台(套),对施工现场的协调和组织能力都提出了新的挑战。
上海隧道工程股份有限公司该项目管理部副经理杨建刚先生有着10年的隧道施工经验,他告诉《建筑机械》,这么大的设备仅安装就要2个月,调试至少也要1个月。因为刚开始处于设备磨合调整期,要边做边调整,解决出现的一些细节问题。按常规来讲,在调试过程中一般的盾构机会在前进100m距离内完成,而这2台盾构机可能会需要200m。调试完成后,平均一个月可以掘进250~300m。
2006年9月23日,1号盾构机出洞,从横截面为48m×22m的长方形,深为26m工程竖井内正式入土推进。厚度65cm,宽2m,单片质量16t,形状为1/10圆的混凝土管片随盾构推进同步灌装。到目前为止施工进行了约50m,到长江防汛大堤下面,盾构机正在做车架转接工作,把2个临时性的轮子换成正常工作用的正式轮子。另一台盾构机也已出洞,正在安装阶段。
对于这么一个在恶劣施工环境下工作的昂贵而复杂的大型设备来讲,维护和保养也是必须要做好的工作,这样才能保证完成一次性掘进7.5km的艰巨任务。此工程有一个专门的维护保养方案,每天要停机4h来维护和保养。对3台注浆泵,每天清洗1台,3天就可以有一个循环。在盾构机的保养计划中,有些东西都是每天要检查的,有些则是每周每月每季度的计划。一般在硬土里掘进要换刀头,在软土里如果掘进距离较短,磨损量不会很大的情况下一般不用换。但因为这个工程的掘进距离比较长,难以预测会不会需要更换刀头。所以在刀盘后面设计有一个腔,人可以钻到里面更换刀头。
从上面的报道我们可以感觉到一切都准备得那么充分,似乎已经万无一失了。然而由于这次隧道的直径之大和单途推进距离之长,都是以往没有过的,很多配套的系统比如运输、通风等都加大了难度。再者,过去在上海施工的隧道穿越的是黄浦江,而此次是中国首次穿越长江,水压会更大。此外,2条隧道之间会有8条用于联络、连接和应急逃生等的通道。在隧道施工的同时,这些通道及路面施工也要同步进行,这在以前也是从来没做过,所以隧道里如何合理安排和协调,都需要仔细的规划考虑。这些因素都无疑给施工增加了挑战性,而施工的成功也无疑将会成为盾构应用史上的又一典范。
工程刚刚开始,《建筑机械》的报道还将继续。
                               建筑机械杂志社
2018年4月25日
 
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