济南轨交R1线挖掘地下隧道的“神器”盾构机18日左右要下线了，准备开启它的“成隧之旅”。作为“开路先锋”，这个长85米、重500多吨的重量级明星有何特长?工作起来会不会扰民?它最怕的东西是什么?5月9日，笔者找到这个“神器”的制造商济南重工股份有限公司，认识了这位身价5000万元明星的成长之路。
神器长啥样?携带41把滚刀开路，造价5000万元
9日，在济南重工股份有限公司生产线上，笔者看到一台盾构机已经组装完毕，并即将下线。这就是“开拓一号”，也是济南首台轨道交通盾构机，估计下月初就能进场，然后还需要约1个月的时间进行安装调试，最后将应用到R1线王府庄站施工区间。
该公司办公室主任于海波说，这台盾构机开挖直径6.68米，长85米，总重量超过500吨，身价5000万元。由刀盘、盾体、主驱动、管片拼装机、螺旋机、皮带机、设备桥架、后备拖车、激光导向系统等10余个部分组成，具有土体开挖、渣土输送、隧道衬砌与浇注、测量导向等功能。
据了解，R1线的王府庄站、大杨庄站、济南西站站、演马庄西站为地下施工，长9.7公里，共配备6台盾构机开掘。于海波说，按照计划，除了“开拓一号”，5月底还有一台盾构机将下线，而6月份有两台下线，七八月还有两台下线。
“这个机器最前面的刀盘重65吨，配备了41把高强材料滚刀。”该机器技术负责人许京伟说，这个刀盘是8个电焊工，花了40天焊接出来的，可以满足济南地下既有软土又有岩石的挖掘要求。
神器咋工作?挖洞砌隧道同步进行，只前进不后退
“盾构机平均在地下10米至20米的地下开挖隧道，R1线有一段需要穿过京沪高铁地下，这时盾构机要在地下30米处工作。”许京伟说，盾构机开工之后，在液压的推动下，只前进不后退。与公路山体隧道不同的是，轨道交通地下段需要先在两端各挖出一个类似“豁口”的基坑，这些基坑所处的位置就是日后各个场站的雏形。
整个盾构设备运转起来，看上去还会像一列小火车，前面开挖后，后面的机器设备就会拼装隧道管片，并及时将开挖后的渣土运到开挖的“基坑处”。由吊机提升到路面，再由工程车辆运走。在一个小时的时间内，整个机构有40分钟在开挖隧道，20分钟在装隧道管片。
神器有多牛?月均掘进200米，设计寿命10公里
根据地质探测，R1线王府庄站至演马庄西站地下中软土、砂卵石、灰岩交替分布，盾构机24小时不停歇，每月可掘进200米左右。
“遇到岩石，盾构机每分钟可转3.5转，推进7毫米;遇到软土每分钟可转1转，推进40毫米至80毫米。”许京伟说，总体来说，该机器在济南的地质结构中，每月可推进200米左右，砂石层2公里就需要换一次滚刀，平均运行10公里后，该机器就基本报废了。这主要是因为该设备的关键部件主轴承、电机、液压马达等是从国外引进的，产品设计寿命为10公里。
“神器”饭量多大?据了解，该机器接入10万伏电压，经机器上的变压器转换为400伏电压开始作业。该机器设计功率1800kW，驱动功率945kW，也就是说，它工作起来每小时耗电量为900多度电。
神器咋控制?配置激光测量导向系统，误差每公里不超2毫米
这么有“分量”的设备是如何控制自己的运行轨迹呢?“这就需要安装在盾构机上的高精度测量系统帮忙了。设备配置先进的激光测量导向系统，误差每公里不超过2毫米。”许京伟说，别看设备大，一般一个班组8个人左右就可开展盾构施工工作。该设备上还有厕所、灯光等设施，隧道内不分白天黑夜，也不会刮风下雨，可实现工作人员全天工作。
据了解，该机器操作室还有一些屏幕，将分别监控着隧道掘进时同步注浆的情况，盾构机刀头的位置和方向、管片运入和渣土输出的实时状况。按正常情况，该机器每小时可产生渣土60立方米，如果渣土远超出这个数量，就说明机器在施工过程中有地方出现了塌方。
神器最怕啥?遇到平行水和孤立石块，会暂时停一停
别看500吨重的盾构机能将巨石压碎并用刀将碎石削成小石块，但它也有弱点，那就是怕水和直径1至2米的孤立的石头。
许京伟说，盾构机在地下开挖隧道，难免会遇到水。按照事先的地质勘探，施工地下没有大水。如果仅是一些没有压力的渗水，不会影响施工。如果有带有压力的水，不超过10公斤，也就是水深不超过100米的压力也基本不会影响施工。这时，他们会让盾构机先停止工作，采取灌注混凝土的方式，将水处理掉再进行机械开挖。“我们害怕的是，盾构机在前行挖掘的时候，隧道一侧有水并且和隧道方向平行。这时候，我们需要一边挖隧道，一边控制水，决不能让水突破隧道而影响施工。”
许京伟说，除了平行水外，遇到直径1至2米孤立的石头时，盾构机在前行中往往会出现不能将其压碎而是推着孤石走的情况，从而影响施工。这时候，他们只能采取人工爆破的方式，将石块炸碎再开掘隧道。
隧道神器面面观
【效率】
1.遇到岩石，盾构机每分钟可转3.5转，推进7毫米;
2.遇到软土每分钟可转1转，推进40毫米至80毫米。
【耗能】
1.接入10万伏电压，经机器上的变压器转换为400伏电压开始作业;
2.设计功率1800kW，驱动功率945kW，每小时耗900多度电。
【优点】
1.安全开挖和衬砌，掘进速度快;
2.盾构的推进、出土等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低;
3.不影响地面交通与设施;
4.施工中不受季节、风雨等气候条件影响;
5.在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道时，更具技术和经济的优越性。
【弱点】
1.隧道一侧有水并且和隧道方向平行;
2.遇到直径1至2米孤立的石头。原来如此选“金贵”盾构机还是传统钻爆法?
隧道开挖不能只看造价
既然盾构机是挖隧道的“神器”，顺河高架南延线玉函路地下段为什么不用呢?
据了解，现在该隧道使用的是钻爆法，就是先在岩石上打孔安置炸药，然后将岩石炸碎的方法。“从工程安全、施工速度和施工成本上来讲，玉函路隧道使用盾构机是可以的。”许京伟说，使用钻爆法施工路面允许有30毫米左右的沉降或抬升，而使用盾构机不超过5毫米，施工速度也比钻爆法快，但是使用盾构机有一个条件就是需要一个深10多米、长七八十米的出土坑，玉函路施工段，住宅区、交通主干道聚集，挖出土坑比较难做到，否则会影响居民出行，所以使用了传统的方法。
还有人问，盾构机这么“金贵”，为啥R1线不用传统钻爆法?据了解，R1线地下段不能用钻爆法。根据探测，济南西部地下水丰富，用钻爆法无法控制地下水出水量，另外，R1线要经过京沪高铁下和济南西站下，钻爆法存在不可控因素，万一操作不当会影响高铁通行。此外，盾构机在工作时，动静很小，在施工过程中，地面上也不用大面积拆迁，不阻断交通，施工无噪音，地面不沉降，不影响居民的正常生活。两者相比，盾构机显然更安全可控。
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