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盾构中心三大利器上海满城挖

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“40年前,上海面临的是能不能建地铁的问题;20年前,关注的是如何控制沉降;现在,最迫切的是如何提高非开挖施工比例。”上海隧道工程有限公司总工程师朱雁飞说,这些年在市国资委、经信委、科委等部门的大力支持下,盾构中心一直在非开挖技术方面开展超前研究,有望进一步改善地下工程施工中的“满城挖”现象。
建地铁用的盾构通常都是圆的,你见过用方的盾构来挖隧道吗?在盾构中心这个地下施工“武器库”里,国内第一台类矩形盾构正在总装调试,这也是目前世界最大的土压平衡矩形盾构。这台“方脑袋”盾构11月份就要开赴宁波初试身手,开掘出宽约11.5米、高约7米的近似长方形隧道,可容纳一来一去两条地铁线。
“这台自主研发的类矩形盾构,解决了狭小空间里的隧道施工难题。”朱雁飞介绍说,矩形隧道空间利用率很高,而圆形隧道上下两端浪费比较大。普通单圆盾构在老旧城区狭窄道路下挖掘地铁双线隧道时,往往左右太宽,地上要拆房子;要是采用大型单圆盾构把双线并在一根隧道里,上下又太高,无法在管线和既有隧道之间穿越,因此矩形盾构更适合这种“螺蛳壳里做道场”的需求。
然而,对开凿隧道来说,圆形盾构其实是最便利的选择,刀盘旋转一圈即可完成全断面切削。现在盾构头由圆形改成矩形,可谓“牵一发而动全身”,需要解决刀盘切削、盾构转身、管片拼装等难题。记者眼前的这台“方脑袋”盾构,头部一横一竖装有两个“X”形刀盘,后方还有一个“I”形刀盘,通过交错旋转可实现100%全断面切削,边边角角都能照顾到。“这个技术只有我们独此一家。”朱雁飞言语中充满自豪。
隧道在地下承受巨大压力,矩形隧道的管片扛得住吗?盾构中心为此专门设计了一个试验平台,制作整环管片进行承载力试验,平台上60只千斤顶每只最大推力达100吨,整环最大压力可达6000吨。同时每块管片上装有众多传感器,整环共有1000多个数据采集点,任何微小的变化都逃不过。
“我们通过试验发现,矩形隧道比圆形隧道强壮得多。”朱雁飞说,矩形隧道建成后即便遇到周边开挖,也能更好地保持稳定,“夸张一点说,采取充分的技术措施后,两边的土对称挖光了都没事”。利用这个特性可以设想,今后一些地铁站点如遇到动迁困难,可先预留站点用矩形盾构推进,待条件成熟后再开挖建站,这样就不用因为一个站点影响整条线通车了。目前上海隧道研发的两类矩形盾构,可以解决不同工程的施工难题矩形盾构的主战场是长隧道,而在短距离盾构对接、地下匝道、下立交和大型地下室等施工中,则轮到盾构中心另两大“神器”一展身手了。
首先登场的是极小半径曲线顶管机,别看它直径只有30厘米,与大盾构相比真是“小不点”,但它有一个灵活的机头,地下急转弯本领无人能及。普通钢顶管机通常只能顶直线,即便顶曲线,转弯半径也要1000米左右;而“小不点”在地下的最小转弯半径只有6米,跟小汽车在路上转弯差不多。
“小不点”的这手绝活,未来在非开挖施工中将大展身手。比如,曲线顶管可以避开地下障碍物,有效提高地下空间的利用率;超长距离隧道施工时两台盾构需在地下对接,可通过曲线顶管冰冻土层,大大提高对接的安全性;地下隧道主线建好后,可借助曲线顶管扩展地下空间建设地下匝道;甚至将来地铁车站施工也可用曲线顶管搭建管棚,不用开挖即可完成部分车站的建设。
更令人惊喜的是,“小不点”的“亲戚”最近还有望远赴海外,“跨界”参与海底打捞作业。原来,常规打捞沉船的穿钢索方法有时容易引起船体断裂,而借助曲线顶管在船体下面穿几十根钢梁,确保能把沉船完整打捞上来。
盾构中心的另一“神器”,是“管幕法”专用顶管机。它可以把直径1米左右、最长达200米的钢管精准顶进土层,并确保钢管之间的锁口严丝合缝,快速在地下形成一排钢管组成的“管幕”,然后在其保护下进行非开挖施工,可望比以往工艺地面沉降更小。目前,这一技术已在虹桥枢纽能源沟中成功进行了试验,今后有望应用到盾构无法掘进的下立交、大型绿地或广场的地下室开挖等施工中,无需大面积“开膛破肚”即可完成工程。
“今日长缨在手,何时缚苍龙?”眼下对盾构中心来说,最难的是找到敢于率先使用“神器”的吃螃蟹者。“一些自主研发的重大装备,在应用上还存在困难。”吕建中说,“今后既要继续鼓励采购和使用自主研发产品,同时也要探索建立风险共担的新机制。”类矩形盾构成套技术的开发就采用了创新模式,上海隧道牵头组织的产学研团队不仅承担科研任务,而且必须直接将成果投入宁波地铁工程应用,经济风险由各方共担。
针对目前企业间存在的技术壁垒,吕建中建议要有效推进研发资源共享,减少研发设备重复投入,引领全行业共同提高,“创新没有止境,我们唯有像盾构机那样开足马力,才能一往无前。”

作者: 时间:2015-09-21 17:34:56

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