大連地鐵掘進中的核心設(shè)備——盾構(gòu)機目前正緊張地掘進于地下。作為地鐵建設(shè)中的明星，盾構(gòu)機的迷人之處在于它所經(jīng)之處身后都會留下光整、已砌好的混凝土隧道。目前已經(jīng)在大連地下掘進的盾構(gòu)機共有兩臺，其中的一臺就是由大連自己的企業(yè)大連重工·起重集團有限公司生產(chǎn)的。

　　精準：盾構(gòu)機不“跑偏” 幾公里偏差僅有幾毫米

　　2010年12月5日零時前后，大連地鐵首臺盾構(gòu)機第一批組件分6車由重工·起重集團泉水廠區(qū)陸續(xù)運抵大連地鐵1號線港灣廣場站，在吊裝結(jié)束之后，這臺盾構(gòu)機開始了它與大連地鐵結(jié)緣的生命歷程。

　　“盾構(gòu)機的工作原理就是通過盾構(gòu)油缸作用在后面已經(jīng)安裝的‘管片’上，反力使盾構(gòu)機向前前進。同時，壓驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，通過滾刀、削刀挖掘沙土或者軟巖，使之前進。形象比喻，就像鉆頭一樣，鉆床在后面給力，鉆頭往前前進?！贝筮B重工·起重集團有限公司設(shè)計研究院掘進機室主任、高級工程師柴榮峰稱。所謂管片，就是盾構(gòu)機走過的路程身后形成的如有規(guī)則拼圖一般的鋼筋混凝土隧道里其中一片混凝土的叫法。這些有弧度的管片，6片首尾相接剛好形成一個外直徑達6米、內(nèi)徑5.4米的環(huán)，而這些管片組成的環(huán)正是盾構(gòu)油缸作用力的著力點。盾構(gòu)油缸把力作用在盾構(gòu)機尾部的管片上，反力就使盾構(gòu)機向前前進。這些管片每片寬1.2米，因此盾構(gòu)機每掘進一環(huán)就是向前掘進了1.2米?！肮芷瑢儆陬A制件，盾構(gòu)機進行掘進時管片已經(jīng)預先備好，并由它自身攜帶。盾構(gòu)機每推進1.2米，機器就會停下來在尾部自動砌上一環(huán)。在重工·起重設(shè)計研究院，記者看到關(guān)于盾構(gòu)機是如何在尾部自動砌管片的3D動畫演示。一環(huán)中的6塊管片被機器自動操作一塊一塊地拼上，在5塊管片拼接上時，這個環(huán)狀“拼圖”即將形成，而最后一塊管片，則是帶有弧度的楔形管片，“楔形管片能夠有效地把前5塊管片擠死，產(chǎn)生強大的固定力。 ”柴榮峰講解說。

　　記者了解到，為適應(yīng)地下多變的地質(zhì)情況，這些管片和管片之間有特殊的密封材料，能夠起到防水防滲的效果。當盾構(gòu)機走過千米之后，它身后都會留下接近千米的由一環(huán)環(huán)管片組成的“隧道長廊”。這些固定力已經(jīng)很強大的管片最后還將由工人為其擰緊螺栓進一步加固。

　　由重工·起重生產(chǎn)的這臺被稱為“大連1號”的盾構(gòu)機長度83米，重量500多噸。這樣一個“大家伙”在地下掘進的精度卻相當之高，幾公里偏差僅有幾毫米。柴榮峰說，“這主要是得益于自動導向系統(tǒng)，盾構(gòu)機前進每一環(huán)都會根據(jù)設(shè)定的路線隨時糾偏，根據(jù)這一環(huán)計算下一環(huán)怎么走，隨時都在糾正。就像GPS系統(tǒng)一樣，打完一個隧道的偏差度可能僅為1~2度。

　　這樣一個“大家伙”還會在地下進行彎道掘進。因為盾構(gòu)機的刀盤四周都有推進油缸，如果往右轉(zhuǎn)，左邊推進油缸的力就大點，右邊推進油缸力小點。而且盾構(gòu)機尾部所用的管片有專門的轉(zhuǎn)彎環(huán)，管片是帶有一定角度的。右轉(zhuǎn)環(huán)和左轉(zhuǎn)環(huán)，哪個管片在哪個位置都會嚴絲合縫。

　　龐大：造一臺設(shè)備用去鋼板350噸 大小零件多達上萬個

　　重工·起重這次除了為大連地鐵101標段專門生產(chǎn)出一臺盾構(gòu)機外，還為其他兩個標段又生產(chǎn)了3臺盾構(gòu)機，目前這3臺設(shè)備已經(jīng)基本裝配完成。記者獲悉，重工·起重為大連地鐵建造的另外3臺盾構(gòu)機，其中一臺將從星海廣場地下始發(fā)，另外兩臺將從促進路到沙河口火車站雙向同時掘進。

　　“每臺的盾構(gòu)機都是根據(jù)特定客戶和特定地質(zhì)條件的要求進行設(shè)計制造的。 ”大連重工·起重集團有限公司第一制造事業(yè)部副總經(jīng)理王曉斌說?！扒捌诤涂蛻艉炗喖夹g(shù)協(xié)議合同之后，我們會進入設(shè)計階段，有外方設(shè)計和自己設(shè)計人員的分別設(shè)計，然后將其匯總到一塊。技術(shù)準備資料完成后，進入制造工藝步驟，設(shè)計圖紙資料會被分解到制造的每個環(huán)節(jié)，然后根據(jù)這個工藝和材料去采購原材料，比如鋼板、配套件等等。 ”“除了外購的零部件，企業(yè)需要自己生產(chǎn)和加工許多零部件。普通市民在盾構(gòu)機圖片上能夠看到的‘大部件’都是我們自己從焊接、加工、裝配一點點做出來的，包括各種連接的軸、外殼，鋼板焊接加工等等。當所有的零部件都加工準備完畢后，我們再把盾構(gòu)機組裝起來。 ”王曉斌稱。

　　記者獲悉，“大連1號”的盾體中需要耐磨的地方是壽命比一般高錳鋼要高3倍以上的哈道斯板制成的。盾構(gòu)機中還有很多地方用到了高強度軸承鋼，管片包括盾體上的密封材料是用特殊材料制作的，它能夠阻斷外面的水、泥漿。“這一臺設(shè)備僅鋼板大約就需要用350噸左右。一臺盾構(gòu)機零部件多達上萬個?！蓖鯐员蠓Q。記者獲悉，目前，盾構(gòu)機的主軸承、密封、一些關(guān)鍵的液壓部件，包括泵、閥、馬達等等的配套仍需要進口。

　　不過國內(nèi)的盾構(gòu)研發(fā)制造進展速度已經(jīng)相當快了?！叭ツ昴甑祝筮B1號’還沒有交付使用的時候，我們同時有4臺盾構(gòu)機在泉水裝配基地進行裝配。當時來廠進行技術(shù)指導的外國專家特別驚訝，專家沒想到我們的進度和質(zhì)量達到了這樣的標準。 ”王曉斌說。

　　性能：面對大連復雜地質(zhì) “大連1號”軟硬通吃

　　“大連屬軟巖地層，比較復雜，我們必須用復合盾構(gòu)來掘進，復合盾構(gòu)就是既能挖沙土又能挖軟巖，滾刀和削刀都需要具備。滾刀是靠刀自身的旋轉(zhuǎn)擠壓把巖石擠碎;削刀是切削巖石、軟土的。復合盾構(gòu)適用于巖石不能自穩(wěn)的情況，如果是很硬的巖石，直接挖完之后也不會塌陷，不用加管片，而大連的大部分地質(zhì)是不加管片自己就塌陷了，所以需要這種復合盾構(gòu)。”柴榮峰說。“僅僅以大連這個城市的地質(zhì)情況來說，地鐵項目26個標段的地質(zhì)條件也不盡相同。我們估計港灣廣場101標段始發(fā)的‘大連1號’可能打150米~200米左右需要更換一次刀具。而將要從星海廣場的107標段始發(fā)的盾構(gòu)機估計百八十米就要換一次刀具，這一標段地下有大量鵝卵石，鵝卵石對刀具的磨損非常大。 ”柴榮峰說?！按筮B這臺盾構(gòu)機，相比以前出廠的設(shè)備更適應(yīng)復雜地質(zhì)條件，它軟硬基本通用。 ”王曉斌說。

　　記者獲悉，“大連1號”的開挖直徑是6.28米，一環(huán)管片挖掘下來的沙土體積不到40立方米，但挖掘下來以后松軟膨脹，一般膨脹率在30%左右，因而每掘進一環(huán)(1.2米)產(chǎn)出的渣土體積在60立方米左右。柴榮峰說，渣土是通過盾構(gòu)機的螺旋輸送機從前方傳輸出來排到皮帶機上，然后皮帶機給傳輸出去。如果排渣井距離比較遠，在皮帶機之后也可以再接一個螺旋輸送機，把刀盤前方挖掘下來的渣土都運輸?shù)胶蠓脚懦觥Ｔ谠僚懦龊?，盾?gòu)機后方一個干凈的隧道就會呈現(xiàn)在面前。

　　“大連1號”資料

　　◎長：83米

　　◎重：500余噸

　　◎工作原理：通過盾構(gòu)油缸作用在后面已經(jīng)安裝的管片上，反作用力使盾構(gòu)機前進。同時，壓驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，通過滾刀、削刀挖掘沙土或者軟巖，使之前進。形象比喻，就像鉆頭一樣，鉆床在后面給力，鉆頭前進。