200多年前，法國工程師布魯諾爾從“鑿船蟲”在木頭上鉆洞，同時分泌黏液加固洞穴的現(xiàn)象中獲得靈感，發(fā)明了世界上第一臺“開放型手掘盾構(gòu)”，成為人類歷史上隧道施工的一大技術(shù)突破。

如今，隨著工業(yè)化水平的不斷提升，盾構(gòu)機憑借快速、安全、自動化程度高的優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用在地鐵建設(shè)、隧道開挖及水利工程等領(lǐng)域，如同“鋼鐵蚯蚓”一般，深入地下嚼石啃土，建起一條條連通千家萬戶的城市地下動脈。

在碧波蕩漾的膠州灣海平面下80多米，一項與大海“較量”的“超級工程”正在如火如荼地開展，3臺龐大的盾構(gòu)機同時在海底潛行，奮力開挖青島膠州灣第二隧道項目（簡稱“膠州灣二隧”）。巨大的盾構(gòu)機到底如何在海下掘進？在幽暗的地下，盾構(gòu)機如何確保方向不偏？結(jié)合膠州灣二隧建設(shè)，盾構(gòu)機又有了哪些“量身定制”？近日，記者走入“海天號”超大直徑盾構(gòu)機，揭秘這個開挖直徑15.63米、總長142米、總重5166噸的龐然大物。

通過梯籠逐階而下，一片明亮的“機械世界”便展現(xiàn)在眼前：燈光將地下照得通明，雖說是挖掘作業(yè)，但施工現(xiàn)場卻非常干凈整潔。

“‘海天號’盾構(gòu)機是泥水平衡盾構(gòu)機，由刀盤、主驅(qū)動、盾體、后配套（臺車）等幾大部件組成。”一同坐上通勤車駛?cè)攵軜?gòu)機內(nèi)部時，中鐵十四局集團膠州灣二隧TJ-05標盾構(gòu)經(jīng)理陳宗凱打開了話匣子，他告訴記者，在盾構(gòu)機內(nèi)部巨大的空間內(nèi)，分布有成千上萬個零部件，各類管線、電路如毛細血管一般錯綜復(fù)雜，各類大型機械化設(shè)備高效運轉(zhuǎn)。

下了通勤車，順著安全通道走到最深處，陳宗凱指著前方介紹，前面轟隆作響的便是刀盤——盾構(gòu)掘進最為關(guān)鍵的部件之一。“刀盤上密密麻麻分布著數(shù)百個硬質(zhì)合金制成的刀頭，最輕的也有200斤。”據(jù)陳宗凱介紹，這些刀分為滾刀和刮刀，滾刀在滾動過程中，刃口不斷擠壓巖石，使巖石產(chǎn)生破碎坑；刮刀的刀刃則更寬厚，用來把已經(jīng)松動的巖體刮下來。

但再堅硬的刀具也有損壞的可能，盾構(gòu)機現(xiàn)在穿越的地層多為凝灰?guī)r，十分堅硬，在掘進過程中每周都要更換刀頭，好在“海天號”盾構(gòu)機配備了先進的DCRM滾刀旋轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)，可以第一時間精準獲知具體哪個刀頭需要更換，確保掘進高效安全進行。

刀盤連接著主驅(qū)動，是盾構(gòu)機的核心部件。主驅(qū)動配備多臺大功率電機，帶動刀盤轉(zhuǎn)動。盾體則承受周圍土層和地下水帶來的壓力，起臨時支護作用，掘進、拼裝管片等作業(yè)均在盾體的掩護下進行。泥水平衡盾構(gòu)機的掘進原理主要是“挖掘”和“推進”，這兩個任務(wù)持續(xù)進行，周而復(fù)始。

“挖掘”就是在開挖倉中注入適當(dāng)壓力的泥漿，使其在開挖面形成泥膜，支撐正面土體，再通過旋轉(zhuǎn)刀盤進行土體開挖，切削的土體與泥漿混合后，由排漿泵及管道輸送至地面泥水分離廠。“推進”則是通過控制多組液壓油缸頂在已經(jīng)拼好的管片上提供反作用力，推動盾構(gòu)機沿設(shè)定路線向前行進。每掘進2.1米就要“休息”一下，拼裝一環(huán)管片。

“管片由地面經(jīng)過管片運輸車和管片吊機，通過喂片機輸送到管片拼裝機下部，拼裝模式下，管片拼裝機‘伸出’真空吸盤，吸取喂片機上的管片，然后拼裝到指定的位置。”陳宗凱說，在此過程中，每組推進油缸可以由拼裝手控制獨立伸縮，管片拼裝時，對應(yīng)的幾組油缸縮回，提供管片的拼裝空間，管片放置到位后進行微調(diào)，調(diào)整到位后安裝管片螺栓，油缸伸出頂在已拼好的管片上，拼裝機真空吸盤松開，轉(zhuǎn)至下方再吸取下一塊管片，不斷循環(huán)，最終拼裝成環(huán)。

盾構(gòu)機每完成一環(huán)管片的拼裝，就繼續(xù)向前推進，推進過程中同步進行注漿，填充管片與土體間的空隙，支撐管片周圍巖體，有效防止隧道變形，推進完成后再拼裝下一環(huán)管片，循環(huán)往復(fù)，最終形成一條完整的隧道。記者了解到，“海天號”盾構(gòu)機24小時不停歇作業(yè)，一般每天可掘進4至6米。

那么，在幽暗的地下，盾構(gòu)機如何確保方向不偏呢？事實上，先進的盾構(gòu)機都配備了高精尖的測量系統(tǒng)，能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前位置與隧道設(shè)計軸線的偏差，從而讓操作人員能夠迅速作出調(diào)整，確保盾構(gòu)機沿著既定路線前行。

膠州灣二隧全長17.48公里，由青島國信集團投資建設(shè)，青島端盾構(gòu)段長3255米，建設(shè)面臨地質(zhì)條件復(fù)雜、水壓大、長距離穿越全斷面硬巖等難題，將穿越多處斷層破碎帶，最大水壓達9.4bar，相當(dāng)于指甲蓋大小面積承受9.4公斤的壓力，對盾構(gòu)機開挖面的穩(wěn)定、掘進姿態(tài)的控制、盾構(gòu)機的維修保養(yǎng)及管片結(jié)構(gòu)接縫等提出嚴峻挑戰(zhàn)。

為確保盾構(gòu)設(shè)備安全、快速、高效地完成施工任務(wù)，青島國信集團牽頭，由中鐵十四局配合組織國內(nèi)外專家進行充分研究論證，結(jié)合國內(nèi)近20年大盾構(gòu)施工經(jīng)驗和技術(shù)積累，在刀盤形式、刀具類型、耐壓耐磨能力等方面開展專題設(shè)計，打造適應(yīng)長距離穿越硬巖地層的“穿海利器”。（青島日報/觀海新聞記者 王冰潔）

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