直击中国首台超大直径同步掘进机中交天和“兴业号”奋勇掘进

珠海兴业快线隧道工程现场，一台重4500吨、超5层楼高的“地下航母”正奋勇掘进，管片一片一片拼装，隧道随之一米一米建成。这台“地下航母”，就是由中交天和自主研制的中国首台超大直径同步掘进机“兴业号”，这也是国内首次采用的同步掘进设计。常规隧道掘进机拼装管片，一环管片宽2米，刀头油缸推动，而油缸推动距离仅为2米多。因而，掘进2米后必须停止，掘进一环耗时近60分钟，拼装管片一环耗时近45分钟。“兴业号”的关键在于同步掘进，它改变了传统油缸设计，推动距离可延长至4米，刀头可实现持续掘进，后方同时拼装管片，施工速度较国内外同类掘进机提升25-35%，对超大直径盾构机发展具有一定划时代意义。

中交天和“兴业号”超大直径同步掘进机

珠海兴业快线隧道工程是未来连通港珠澳大桥和深中通道，把珠海市打造成为“粤港澳交通枢纽”的重要工程。盾构隧道长度仅1740米，但地质情况极为复杂，其中：硬岩段占比超过70%，被称“地质博物馆”，且为首个国内直径最大双层叠落盾构工程，双层叠落长约604米，盾构法施工面临不少世界级难题。为顺利完成这项重大工程，中交天和立足自主研发，着眼科技创新，为适应在硬岩地质中提高掘进速度，实现隧道掘进和管片拼装同步施工，成功研制中国首台超大直径同步掘进机“兴业号”。该掘进机国产化率达98%以上、刀盘直径15.76米，全长超130米,攻克了许多难以想象的世界级难题。

一机多用，实现同步掘进

因本工程硬岩段的占比超过70%，更能充分发挥“兴业号”同步掘进效果。截止目前，“兴业号”已累计掘进260环，隧道成型520米，历经淤泥质土层、液化砂层、断裂带、孤石群、不同强度花岗岩（强度最高达158兆帕）等地质。不同地层掘进需采用不同类型盾构机，淤泥质土层、液化砂层一般采用软土盾构机、不同风化程度花岗岩地层一般选用硬岩掘进机（TBM），“兴业号”则成功实现“一机多用”和“同步掘进”。

对沉降、圆度等精度控制在毫米级范围内

珠海兴业快线隧道是国内直径最大双层叠落盾构工程，双层叠落段长约604米，在全国尚属首例。上下层隧道最近间隔仅6米，对主隧道施工，尤其对管片成圆收敛、管片注浆、土层扰动沉降等质量要求极高。隧道主线与匝道采用双层叠落盾构施工方式，先下后上，同向推进。主线隧道直径15.2米，由“兴业号”掘进，匝道隧道直径11.73米。中交天和创新设计，为盾尾每个注浆系统增设流量、压力控制装置，确保每个区域注浆均匀精准，最终把管片错边量、沉降精度控制在毫米级范围内；自主研制圆度收敛测量系统，做到“一环一检测”。

“兴业号”刀盘下井仪式

适应性设计突破花岗岩孤石群落

盾构机掘进过程中，孤石通常难以固定，会因土体挤压而移动，不足以为盾构机破碎孤石提供反力。如不能及时处理，轻则产生掉刀、刀具偏磨、刀盘磨损等情况，重则造成刀盘卡死，或导致隧道轴线偏移、地面突然沉降等危险。遭遇孤石时，常采用竖井开挖、爆破、人工挖孔等方式排除，为盾构机掘进清障，不仅花费高、耗时长，且风险大。面对无数孤石群，中交天和对“兴业号”开展适应性设计，在旋转刀盘配装滚刀152把、常压切刀256把、刀箱保护刀824把，大大增强破岩能力，确保“兴业号”顺利通过围岩强度158兆帕、长度160米的花岗岩孤石群落。

“数字大脑”控制掘进方向和精度

为适应隧道小半径转弯，隧道单环管片楔形量必须多于常规尺寸60毫米以上。如此大的单环偏转量和先导角度，对盾构机掘进保平及管片拼装累积误差纠偏是个全新考验。为此，中交天和为“兴业号”配备“数字大脑”，用自主巡航技术和管片智能化拼装等全新技术控制掘进方向和精度，实时把各项动态参数传送监控中心，实时监管地层数据反馈链和动态参数调整，及时纠正出现的问题；专家坐镇后台，严格按“决策指导层、诊断指令层、分析反馈层、操作执行层”四个层级指挥施工，做到“一环一研判”“一环一总结”。

主动铰接技术控制最小转弯半径

隧道设计最小转弯半径仅599.5米，这是超大直径盾构机施工最大难题。“兴业号”刀头重约2000吨，在岩层中实现自由转向是个重大现实难题。对此，中交天和应用主动铰接技术，把超大直径盾构机最小转弯半径控制在450米内，在世界超大直径盾构机施工中尚属首次。中交天和总经理助理、执行总工杨辉介绍：“中交天和设计团队研发主动铰接技术，相当于为刀头加一个关节，既能活动，能承受巨大压力，还能防水防泥。”为破解系列技术难题，中交天和还采用刀盘伸缩机构、逆洗循环系统、刀具全状态监测等核心技术，确保“兴业号”施工进度，创造了国内外同类装备科技创新和同步掘进的新高度。

近年来，中交天和砥砺奋进、自主创新，先后研制南京扬子江隧道用国内首台超大直径盾构机、孟加拉国国父隧道——卡纳普里河底隧道用超大直径盾构机、印尼雅万高铁1号隧道用超大直径盾构机、中国迄今长江最难建过江通道——南京和燕路过江通道用超大直盾构机、天山胜利隧道用世界首台超大直径千米级竖向硬岩掘进机、中国目前直径最大最先进盾构机等，奠定了中交天和超大直径盾构机研制在全球的领先地位。下一步，中交天和将加大科技创新、抢占发展先机，引领超大直径盾构机发展方向，为“大国重器”建造做出卓越贡献。

来源：中交天和

责任编辑：LuYue