9月30日，由中鐵工業(yè)裝備集團參與的“十四五”國家重點研發(fā)計劃“城市軌道交通可變徑盾構(gòu)站隧一體化綠色建造關(guān)鍵技術(shù)與裝備”項目取得重大進展，項目團隊自主研制的世界首臺能夠在原位實現(xiàn)連續(xù)大尺寸直徑變化的盾構(gòu)機“變徑一號”成功下線，這是我國城市軌道交通建設領(lǐng)域的一項重大突破，為我國高端裝備制造再添“大國重器”。

可變徑盾構(gòu)機作為全新的施工裝備，實現(xiàn)了區(qū)間隧道、車站隧道的一體化建造，解決傳統(tǒng)工法中帶來的地面開挖、施工間斷和場地占用問題，尤其適合建筑物密集、交通繁忙、征拆困難的城市核心區(qū)建設，實現(xiàn)“小創(chuàng)面、低影響、微干擾”的綠色建造。本次下線的“變徑一號”盾構(gòu)機將首先應用于芳白城際廣州火車站項目建設，計劃從廣白盾構(gòu)井始發(fā)，掘進至廣州火車站車站區(qū)域后實施變徑并施工站臺隧道。

突破傳統(tǒng)盾構(gòu)機固有模式 攻克站隧一體建設難題

城市軌道交通車站建設通常以明挖、暗挖工法為主，區(qū)間隧道需獨立建造，這種分離式施工過程環(huán)境擾動大、資源集約程度低、施工周期較長。尤其在空間受限、環(huán)境敏感的城市核心區(qū)域，這些痛點難點問題尤為突出。為了打破傳統(tǒng)建造模式的桎梏，中鐵工業(yè)裝備集團與業(yè)主單位廣州地鐵聯(lián)合各方資源，共同打造了全球首臺原位可變徑盾構(gòu)機“變徑一號”，突破了盾構(gòu)機“一生一徑”的固有模式，一舉攻克了軌道交通區(qū)間隧道、車站隧道一體化建造的世界難題，為全球地下空間開拓提供了全新的“中國方案”。

“變徑一號”盾構(gòu)機能夠自由調(diào)節(jié)盾構(gòu)機直徑，創(chuàng)新性實現(xiàn)“一站兩隧、連續(xù)成型”施工，即盾構(gòu)機先以小直徑掘進區(qū)間隧道，到達車站位置后原位“擴徑”開挖出更寬的車站站臺層隧道，完成車站段施工后再“縮徑”，繼續(xù)向下一區(qū)間掘進，無需中途拆機或增設工作井。

集成三大核心功能填補國內(nèi)外行業(yè)空白

“變徑一號”盾構(gòu)機相較于普通盾構(gòu)機的顛覆性突破，在于同時高效實現(xiàn)了原位變徑、連續(xù)變徑和大尺寸變徑等功能，各項技術(shù)均屬國際首創(chuàng)：

原位變徑——盾構(gòu)機掘進過程中在既定位置直接改變開挖直徑，避免提前開挖工作井或人工擴大盾構(gòu)機的開挖面進行變徑，極大地拓寬了設備的適用范圍，打破既有變徑設備僅能實現(xiàn)非原位變徑的局限。

連續(xù)變徑——盾構(gòu)機刀盤直徑可實現(xiàn)“小變大、大變小”的無級調(diào)節(jié)。使用小直徑掘進區(qū)間隧道，達到車站位置后，直接無級變徑擴大盾構(gòu)機刀盤，從而實現(xiàn)車站大尺寸隧道的擴挖，完成車站隧道掘進后，再縮小直徑開挖下一區(qū)間。這種連續(xù)的直徑轉(zhuǎn)換，無需人工進行刀盤改造，在世界范圍內(nèi)未有先例。

大尺寸變徑——“變徑一號”盾構(gòu)機可實現(xiàn)8.83米至12.45米范圍的大尺寸變徑，變徑過程中開挖面積擴大約98%，變徑前后隧道成型（內(nèi)徑）面積擴大約89%，極大滿足了車站隧道的空間需求。

采用多項自主科技創(chuàng)新技術(shù)世界領(lǐng)先

為打造出這臺具備全球領(lǐng)先“變形”能力的超級裝備，項目團隊攻克了多項世界性難題，集成多項自主創(chuàng)新技術(shù)。

多刀梁同步伸縮——針對盾構(gòu)機刀盤擴徑過程中刀盤動態(tài)負載大、擴挖結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)等難題，項目團隊研制出負載能力強、同時適應土層、巖層等多種地層的大尺寸多刀梁同步伸縮連續(xù)擴挖刀盤。為保障刀盤變徑技術(shù)的可靠性，研發(fā)團隊通過足尺試驗臺架驗證、工廠試驗驗證、工程示范驗證等多種方式，全面驗證關(guān)鍵技術(shù)的可靠性。

狹小空間重載變徑拼裝——面對地下變徑空間狹小、盾構(gòu)機運行過程中承載壓力大、盾構(gòu)管片成型精度低等難題，項目團隊研發(fā)出適用于狹小空間的重載變徑構(gòu)建拼裝機器人，既可以快速拼裝盾構(gòu)機封閉環(huán)等支護組件，形成穩(wěn)定的開挖環(huán)境，還可以快速拼裝盾構(gòu)機擴徑組件，實現(xiàn)狹小空間內(nèi)盾體快速精準擴徑及縮徑。

系統(tǒng)集成與智能控制——通過對刀盤變徑、盾體變徑、空間防護及動力匹配等關(guān)鍵系統(tǒng)的深度優(yōu)化與集成創(chuàng)新，實現(xiàn)裝備掘進性能與能源消耗的協(xié)同智能控制，全面提升“變徑一號”盾構(gòu)機整機工作的可靠性、安全性與先進性。

“變徑一號”盾構(gòu)機的成功研制，是我國隧道工程裝備領(lǐng)域的一項重大突破，不僅大幅提升施工效率、降低周邊影響和綜合成本，也為全球地下工程提供了一種綠色、安全、集約、高效的新型建造方案，具有顯著的經(jīng)濟效益和廣泛的推廣前景。這一裝備的成功下線，標志著我國在軌道交通綠色智能建造領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步，助力我國由“建造大國”向“建造強國”穩(wěn)步邁進。

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執(zhí)行主編丨李元、沈蘇

責任編輯丨邵軍體

內(nèi)容來源丨人民日報、央視新聞

中國中鐵融媒體中心

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