白城隧道 澎湃新聞?dòng)浾?姚曉嵐 圖
作為我國西北風(fēng)沙地區(qū)黃土軟質(zhì)隧道，白城隧道具有土質(zhì)松軟、施工安全風(fēng)險(xiǎn)性大等特點(diǎn)，白城隧道位于陜西省靖邊縣，為浩吉鐵路（浩勒報(bào)吉至吉安鐵路）沿線隧道。全長3345米，為時(shí)速120公里的單洞雙線電氣化鐵路隧道，最大埋深81米，最小埋深7米。因地處毛烏素沙漠與黃土高原過渡帶，土質(zhì)極其松軟，圍巖等級達(dá)到Ⅴ、Ⅵ級，如果使用傳統(tǒng)礦山法施工，施工工藝復(fù)雜多樣、安全風(fēng)險(xiǎn)極大。為解決白城隧道施工難題，“大斷面馬蹄形的土壓平衡盾構(gòu)方法”首次應(yīng)用于此。
白城隧道全景圖 中鐵四局供圖
9月17日，中國鐵設(shè)隧道負(fù)責(zé)人夏勇在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時(shí)介紹，本著在蒙華鐵路推廣機(jī)械化應(yīng)用以及解決白城隧道傳統(tǒng)礦山法施工存在的安全風(fēng)險(xiǎn)問題，白城隧道施工工法由傳統(tǒng)礦山法調(diào)整為馬蹄形盾構(gòu)法施工，這是我國鐵路山嶺隧道首次采用盾構(gòu)法施工，也是馬蹄形盾構(gòu)法在鐵路上的首次應(yīng)用，
2015年開工之初，由中國鐵設(shè)、中鐵裝備聯(lián)合對白城隧道馬蹄形盾構(gòu)施工方案和施工工藝進(jìn)行了方案研究，解決了馬蹄形盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)、管片構(gòu)造和拼裝、始發(fā)方案等眾多難題，并由蒙華公司組織隧道專家進(jìn)行了多次論證，確定了方案的可行性。
談及盾構(gòu)法的優(yōu)點(diǎn)，他表示，盾構(gòu)法與傳統(tǒng)礦山法相比具有施工安全、質(zhì)量可控、施工進(jìn)度快、作業(yè)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)盾構(gòu)法一般采用圓形斷面，存在隧道斷面軌下空間過大、空間利用率低的問題，而白城隧道馬蹄形盾構(gòu)通過盾構(gòu)刀盤工裝的創(chuàng)新、管片結(jié)構(gòu)拼裝的創(chuàng)新、管片機(jī)械吊裝創(chuàng)新等解決了該問題，通過馬蹄形盾構(gòu)機(jī)開挖出來的隧道斷面與設(shè)計(jì)預(yù)想斷面完全一致，解決了開挖圬工方浪費(fèi)的問題，節(jié)約了工程投資，也為今后其他工程特殊斷面采用盾構(gòu)施工提供了借鑒意義。由此白城隧道馬蹄形盾構(gòu)還獲得了隧道界“奧斯卡”獎(jiǎng)——國際隧道協(xié)會2018年度技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目獎(jiǎng)。
世界首臺大斷面馬蹄形盾構(gòu) 中鐵四局供圖
那么，大斷面馬蹄形盾構(gòu)機(jī)具有哪些施工亮點(diǎn)？9月17日，中鐵四局該項(xiàng)目段經(jīng)理王江紅在接受澎湃新聞?dòng)浾卟稍L時(shí)介紹，其具有八大亮點(diǎn)：
一是研發(fā)了九個(gè)小刀盤共同組成一個(gè)馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式，實(shí)現(xiàn)了多刀盤聯(lián)合開挖。
二是研制了具有七個(gè)動(dòng)作的馬蹄形多曲率管片拼裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)了馬蹄形管片高效、精確安裝。
三是明洞反力結(jié)構(gòu)+套拱始發(fā)技術(shù)，節(jié)省了反力架、豎井、始發(fā)端墻和負(fù)環(huán)施做及拆除的費(fèi)用。
四是新型快凝同步注漿技術(shù)，解決了馬蹄形盾構(gòu)管片橢變及上浮的難題。
五是圓錐形分碴器解決了盲區(qū)掘進(jìn)困難問題。
六是長距離皮帶機(jī)出渣技術(shù)提高了渣土運(yùn)輸效率。
七是防滾轉(zhuǎn)及糾偏技術(shù)確保隧道成型尺寸及線型符合要求。
八是翼墻式洞門和明洞結(jié)構(gòu)解決了盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)邊仰坡穩(wěn)定問題。
王江紅表示，此次的項(xiàng)目安全成功穿越高速公路、多處管線和高壓電塔，與圓形單刀盤盾構(gòu)相比，節(jié)約盾構(gòu)制造費(fèi)用近9600萬元。采用馬蹄形盾構(gòu)相較于傳統(tǒng)分部開挖法，減少約15%的開挖量，相較于圓形盾構(gòu)，減少開挖量約6.8%，因而減少了大量能量消耗。此外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，盾構(gòu)機(jī)單日最高掘進(jìn)10環(huán)，2017年3月創(chuàng)月掘進(jìn)308.8 米記錄，提高工效近8-10倍，并先后成功穿越天然氣管道、供水管線、包茂高速公路、風(fēng)積砂層等重大風(fēng)險(xiǎn)地帶。
值得注意的是，白城隧道還實(shí)現(xiàn)了在隧道里喝咖啡。與往常隧道的施工環(huán)境不同，在白城隧道施工現(xiàn)場，噪音、污水、粉塵等較差的隧道施工環(huán)境全都沒有了，取而代之的是干凈整潔的工作環(huán)境，并打造出國內(nèi)首個(gè)“隧道咖啡屋”。由于在白城隧道，所有施工人員都在盾構(gòu)機(jī)操作平臺作業(yè)，掘進(jìn)、出渣、注漿、支護(hù)都是機(jī)器自動(dòng)完成，施工人員只需操作按鈕、使用電動(dòng)扳手?jǐn)Q上管片螺栓，操作安全輕松，隧道質(zhì)量可靠。
國內(nèi)首個(gè)隧道咖啡屋 中鐵四局供圖
用于白城隧道的“馬蹄形盾構(gòu)機(jī)”刀盤高10.95米、寬11.9米，盾體采用梭式結(jié)構(gòu)，雙螺旋輸送機(jī)出土。刀盤采用九個(gè)小刀盤共同組成一個(gè)馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式,可進(jìn)行全斷面切削；刀盤布置采用“前后錯(cuò)開，左右對稱”的原則，九個(gè)刀盤既可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，也可單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)、任意組合轉(zhuǎn)動(dòng)、不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，有調(diào)試、掘進(jìn)、維保等三種模式可供選擇；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生滾轉(zhuǎn)時(shí)，可通過多個(gè)刀盤同向轉(zhuǎn)動(dòng)使盾構(gòu)獲得反方向的扭矩，以達(dá)到滾轉(zhuǎn)糾偏的目的。“較之傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)，異形盾構(gòu)機(jī)不僅是斷面的“變形”，更實(shí)現(xiàn)了工法、技術(shù)的“變形”。
中鐵高新工業(yè)總經(jīng)理譚順輝表示，馬蹄形盾構(gòu)設(shè)備的成功研制將形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的超大斷面馬蹄形盾構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異形盾構(gòu)裝備的自主化和智能化，為我國高端設(shè)備進(jìn)軍國際市場提供強(qiáng)有力的工程示范。
浩吉鐵路全長1813.5公里，是世界上一次性建成并開通運(yùn)營里程最長的鐵路，北起內(nèi)蒙古鄂爾多斯市境內(nèi)的浩勒報(bào)吉南站，途經(jīng)內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省區(qū)，終到京九鐵路吉安站。線路設(shè)計(jì)時(shí)速120公里，為國鐵Ⅰ級電氣化鐵路，其中陶利廟南至坪田段為雙線鐵路，其余為單線鐵路，預(yù)留雙線條件。開通初期開辦車站77座，規(guī)劃年運(yùn)輸能力2億噸以上。
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