航母底下建隧道!2840吨盾搆机用「牙齿」咬出来...
▲海宏号盾构机介绍。(影/Youtube/China News)
在辽宁大连市附近的梭鱼湾,停泊着正在建造的大陆航空母舰。为了在这片海湾建设海底隧道,以供大连地铁穿过,催生出了功能最全的盾搆机(用来开凿隧道的大型机具)。海宏号不仅配备了精良的传感系统,搭载了地震波超前物探系统,还在12.26公尺直径的较小刀槃上实现常压换刀,创世界之最。
据《科技日报》报导,「海宏号」盾搆机18日在大连始发,堪称大陆研发的最聪明的盾搆机。由于大连地铁5号线要穿过停放航母的梭鱼湾,但因巨轮进出不能架设跨海桥梁,因此只能用盾构机打造海底隧道。该海底隧道全长2870公尺,设计为直径12余公尺的单洞。
这条海底隧道的建设困难重重,因为它所要穿越的海底岩溶区域有上千个溶洞,已勘测的最大溶洞高30公尺。隧道工程最怕溶洞,因为盾搆机钻进到溶洞后,可能会马失前蹄跌下去,且穿越溶洞还可能引起坍塌或灌水,威胁人员生命。
为了解决这个难题,大连5号线项目曾召开过15次专家咨询会。多名院士和专家确定,「国内尚无先例可循,是世界性难题」。
中铁一局城轨公司副总工程师梁西军表示,为克服溶洞难题,先用「钻探+CT」来扫描;勘测船在海上隔十几公尺垂直钻下一个洞取样,并在相邻两洞中一个放入振动装置,一个放入测量器;测量机械振波的变形,摸清海底的溶洞;接下来,施工船用混凝土或者适当材料注满溶洞,让盾搆机不会钻空。
▲海宏号盾构机。(图/科技日报)
海宏号盾搆机是大陆中铁专门为该工程研发的,也是世界上现有功能最全的盾搆机,核心部件设计全球领先。它搭载有地震波超前物探系统,并配备了一根注入管,前方发现未预料的溶洞,可以即时注满空洞,盾搆机再向前钻。
设计师张国良表示,海宏号刀槃直径12.26公尺,整机长度约158公尺,总重约2840吨。它的一个特色,是配备了更精良的传感系统,盾搆机在感到力量不平衡时,能尽快调整。
海宏号有一个很厉害的地方,就是常压换刀。盾搆机有几十上百个「牙齿」,刀槃一转它们就啃掉岩石和泥土,因此刀齿会磨损,需要更换。但在几十公尺深的海底,刀槃后的空舱内,气压巨大,过去是由专业人员提前适应气压,进舱换刀。
海宏号不一样的是它的牙齿向后退出时,「牙龈」可自动愈合,即刀齿周边的小门紧紧闭上,隔绝外面的压力,因此换刀人员可以在常压下工作。能做到这点并不容易,因为哪怕有一颗小石子卡在门缝中间,也会给常压舱带来灾难。此外,海宏号在12.26公尺直径的较小刀槃上实现常压换刀,也创造了一个世界之最。
盾构机又称全断面隧道钻掘机(tunnel boring machine),是一种专门用来开凿隧道的大型机具。该机具有一次开挖完成隧道的特色,从开挖、推进、撑开全由该机具完成,开挖速度是传统钻炸工法的5倍。但该机具完全无法模组化,只能依照开挖隧道的直径订作,因此购买价格不菲。