社评

中铁一局:大连地铁五号线04标见证世界性难题

见道网 2021年09月17日
  • 该工程的修建将关键核心技术掌握在自己手中,保障以安全优质的方式提前完成大盾构穿海施工

2021年1月10日,随着“海宏号”刀盘破墙而出,宣告经过722天的掘进,大连地铁五号线火车站站~梭鱼湾南站区间2882米海底隧道提前6个月顺利贯通。项目常务副经理张玉宝感慨道:是科技创新让“海宏号”如虎添翼、长驱直入,使兼具长、大、高、险的 “世界性难题”不再难。

“海宏号”气垫式泥水平衡盾构机,直径12.26米,重3380吨,长189米(盾体长14.7米),是被称为“大国利器”的“巨无霸”。在它的制造、掘进过程中,项目团队依托院士专家团队把脉会诊,通过中铁一局技术研发中心、城轨公司技术攻关组、梁西军劳模创新工作室对难点技术问题展开专项技术攻关,研究提出解决方案、运用多项新技术,使“海宏号”如虎添翼,践行了“把关键核心技术掌握在自己手中”的使命,为安全优质提前完成大盾构穿海施工提供了坚实保证。

大盾构隧道

大盾构隧道穿越1538米中等-强烈发育岩溶发育区,钻孔平均见洞率59%,勘探共发现大小溶洞1000余个,探明最大洞高29.8米,施工安全风险极高。必须优先处置溶洞以避免盾构栽头、隧道受损、海面冒浆、盾构姿态难以控制、盾构机卡机、盾构掘进困难、后期隧道运营安全隐患等。面对海域岩溶探测难题,项目总工程师王建查阅国内外文献,对比不同岩溶探测方法的优缺点及对海域环境的适应性,在大连、武汉、北京等地辗转多次召开专勘措施及对策专家研讨会,并邀请中国工程勘察大师范士凯专题指导。经多次研讨,确定用“钻探+CT扫描”查明溶洞的分布、规模、填充形式等情况,解决海域岩溶探测难题。针对岩溶发育形态复杂多变,普通地质图形难以具体描述的困难,项目部开展“海底大盾构项目管理实验室”活动,开发了BIM+GIS三维动态模拟管理平台,指导解决岩溶地层处理、进度管控等难题。为解决海域岩溶处理难题,王建与张玉宝分工对国内外文献及相关施工案例进行了大量的研究和调查,经多次研讨确定了“海面预加固为主、洞内加固为辅”的溶洞处理原则。

2018年的1月、2月,项目部在大连、北京分别召开了海底隧道岩溶处理专家会,3月底又邀请中国工程院院士陈湘生、中国勘察设计大师史玉新,以及业内知名专家竺维彬、杨育僧等人在大连组织召开了专家咨询会,确定将陆域段及海域浅滩段作为试验段,待试验参数和工艺满足验证效果后方推广到海域段施工。隧道穿越地层存在岩石强度高且岩层上下软硬不均、风化槽、岩溶发育强烈等特点,掘进中极易产生刀具磨耗及异常损坏,对刀具的破岩能力、抗冲击能力、耐磨损能力和刀盘刚度等要求很高。

针对滚刀刀具易产生崩刃、断圈、偏磨及其他异常损坏、刮刀易产生合金崩块、刀体掉落等难题。项目负责人严淦带领团队对刀具不同的破坏形式逐个进行剖析,分析破坏产生的原因,并联合刀具厂家不断对刀具进行比选试验、改进、优化,对滚刀刃宽及开刃形式进行调整;研制镶合金齿及锯齿型刀代替光圈刀;创新双联滚刀常压刀座形式,改进刀圈硬度、启动扭矩、耐磨涂层材质。在岩溶发育复杂多变地层中进行盾构刀具检查和更换直接影响着盾构掘进工效,想要及时对刀盘上62把滚刀的损坏进行更换就必须先确定是哪些刀具发生了损坏。“怎么才能清楚的知道是哪把刀具发生了损坏呢?能不能对崩落的刀具碎块进行追踪呢?”一直苦思冥想的项目负责人严淦突然灵光一现。“在每把刀具刀圈上刻上独有的标记再想办法把刀具碎块收集起来不就行了!”

通过在泥水站出渣口设置磁铁吸附掉落的刀圈碎块,辨识标记,有针对性地进行检查和更换。在公司科管部的指导下,开发了《大连地铁过海段大盾构查换刀管理平台》,对刀具进行精细化管理。此外,还结合“盾构集群远程监控与智能决策支持系统”等做到三维可视化施工管理,科学指导大盾构掘进施工。通过该平台的运用,刀具平均掘进距离由0.8米/把提高至1.1米/把;刀圈断裂在损坏刀具中占比由41%降低至13%。大盾构掘进工效从最初的60米/月逐渐提升到90米、120米,创造了212米最高纪录。为有效解决大盾构掘进参数控制难的问题,严淦带领技术人员对掘进参数进行逐环总结,着重对100米、300米、1000米等阶段性总结分析,持续优化掘进参数、提升工效。

根据前期总结情况,针对岩溶、板岩、辉绿岩各种地层情况,总结出了参数控制“三大原则”:岩溶区段,刀盘转速1.0转/分钟,速度6-8毫米/分钟,遵循“以减少岩溶区掌子面不平导致刀具异常损坏为主”原则;板岩区段,转速提高至1.3-1.5转/分钟,速度8-12毫米/分钟,以“在刀具良好情况下保证速度”为原则;辉绿岩区段,转速降低至1.0-1.2转/分钟,速度4-6毫米/分,以“慢速平稳,勤查刀、勤换刀”为原则。

关键词:工程施工、工程新闻

目前,项目承担的中国中铁重大专项科研项目“多功能泥水平衡盾构机的研制及施工关键技术研究”已结题;获得专利10余项,《大连地铁过海段大盾构查换刀管理平台》等18项成果获国家级奖项;《提高富水地层明挖基坑防水基面一次性验收通过率》等3项成果获省级奖项。(转载请注明见道网 www.seetao.com )见道网工程栏目编辑/邢文涛

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