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大国重器——盾构机

大型盾构机的制造工艺复杂，涉及电气、光学、力学、土木、液压、机械等众多学科。过去，没有盾构机时，我国很多项目施工都是凭借人工开挖，费时费力而且风险很高。但从国外进口一台盾构机，费用往往高达数亿元，而且还可能要承担高昂的维修成本。2001年年底，盾构机研发被列入863计划，经过科研人员6年不懈努力，2008年4月，中国科研团队终于成功研制出第一台拥有大部分自主知识产权的复合式土压平衡盾构机，其整机性能达到国际先进水平，填补了中国在这个领域的空白。随后，中国盾构机大显身手。2010年，南京纬三路过江隧道的修建，“天和一号”盾构机横空出世，开挖直径达到14.93米，打破了外国在大直径盾构机领域的垄断。2020年，在东六环入地改造项目中，“京华号”、“运河号”两台超大直径泥水平衡盾构机均为“中国制造”。这两台16米级盾构机是目前最大直径的国产盾构机，也是名副其实的国之重器。

谁来操控？

“智慧大脑”精准控制误差

国产最大盾构机“京华号”，由谁来操控？在管片拼装机之后，就是盾构机的驾驶室。在这里，记者见到了“司机”杨博文，他的面前有几块屏幕，实时显示盾构机的运行情况，操作台上还有好几排按钮，用于手动控制盾构机姿态。“这个大家伙很先进，操作台可以实现‘手自一体’。”杨博文说，自动化的“智慧大脑”能够精准地把误差控制在厘米级，驾驶员所做的工作，就是要时刻观察运行姿态，一旦自动设备出现问题，就要立刻进行手动校准。“京华号”的运行数据，还会实时传输到首发集团的安全质量监控中心。大屏幕上，盾构机的推力、扭矩、行程、俯仰角、推进速度，甚至分区压力，都能一览无余。驾驶室里的施工图显示，盾构机要先后穿越9条道路、4条铁路和3条河道，对地上建构筑物的变形控制要在毫米级范围，这都是将来难啃的“硬骨头”。此外，通州地下土层相对复杂，有细砂、粉细砂、粉质黏土等多种形式，对自动设备和驾驶员都是不小考验。杨博文说：“我们有信心、有能力克服一切困难！”

盾构机休息的时间里，操作员会启动管片拼装机，把重达17吨的管片依次拼到隧道的指定位置上。本报记者 陈强 摄

怎么工作？

每掘进2米都要“休息”

在工程项目部的展示中心里，摆放着“京华号”的模型。看上去，“京华号”如同火车一般，最前面是刀头，后面长长的“车厢”被称为台车，布置着主驱动、操作室和物料运输通道。

沿着施工楼梯，来到地下30米，正在掘进的“京华号”全长149米，大约相当于7节北京地铁车厢首尾相连。这个巨无霸的体重达到了惊人的4300吨。

“京华号”工作时所处的地下空间，高度超过10米，宽度足够十来人并排走。继续向刀头方向走，耳畔不间断传来机械运转的声音，眼前却见不到尘土飞扬。东六环改造工程5标项目部工程部部长孙长松介绍，“京华号”可同时完成开挖、排土、碎石、出渣、支护、衬砌、封固等工序，在掘进过程中实现隧道主体结构一次成型。

实际上，盾构机并不是24小时都在掘进。每向前掘进2米，都要停下来。盾构机休息的时间里，操作员会启动管片拼装机，把重达17吨的管片依次拼到隧道的指定位置上。10个管片，才能拼成一个完整的圆环。在这项工程中的每一位拼装人员，都有7年以上管片拼装工作经验。

管片被放到指定位置后，盾构机的油缸会立马压上，给管片“吃上劲儿”。“这28组、56个油缸，能给盾构机提供2万多吨的推力，是‘巨无霸’的力量之源。”孙长松说。

每掘进1公里检查刀头“常压换刀”只需3小时

盾构机工作的时候，姿态有点儿像乌贼，油缸就像触手提供动力，刀盘就像“脑袋”，顶着泥土前进。

刀盘上有300个硬质合金制成的刀头，硬度媲美金刚石，最轻的都有200斤。这些刀头又分为撕裂刀和刮刀。撕裂刀最先接触到地层，刀刃更薄更锋利，可以像耕地的犁一样先松动致密的土体；而刮刀的刀刃更宽厚，用来把已经松动的土体刮下来。

要掘进7.4公里，再坚硬的刀头也有损坏的可能。因此，盾构机每掘进1公里，就要检查下刀头。过去更换刀头，工作人员要像“潜水员”一样在压力环境下作业，经过繁琐的加压、减压等操作，耗时长还有一定危险性。“现在通过创新，实现了常压作业。”孙长松指着盾体上的作业舱说，工作人员可以钻到里面，然后把刀头从箱体内抽回，经过泄压后进行更换，过去需要8到10小时完成的作业量，现在只需要大约3小时，安全又高效。

此外，“京华号”重要部位刀头前方都有探测仪，探测刀头磨损情况，使换刀做到有的放矢。

渣土咋运？

掘进渣土循环利用泥浆是“功臣”

盾构机在地下不断掘进的同时，切削出来的渣土怎么运出去？在盾构机管道中循环利用的泥浆，是“功臣”。

泥浆先是输入到盾构机刀头，经加压后冲洗被切削下来的渣土。混合渣土的泥浆经过排浆管路运至与掘进工地南侧一街之隔的泥浆处理厂进行处理，泥浆经过过滤沉淀，再循环至盾构机。渣土经过处理也将循环利用。

记者在泥浆处理厂看到，整套泥浆处理设施主要分为设备区和沉淀区，结构类似一个小型的污水处理厂。

泥浆处理厂厂长胡修志说，混合渣土的泥浆进入处理厂后，首先要经过一次预筛，过滤掉74毫米以上的大颗粒物，然后再经过脱水筛，进一步将0.3毫米以上的颗粒物全部过滤。紧接着泥浆再由渣浆泵注入到施流器中进行离心分离，“这就好比洗衣机的滚筒，较重的颗粒甩出后掉落，从而进一步完成过滤。”最后泥浆再经过沉淀池进行四级沉淀，内含颗粒物小于0.02毫米才算达标，可以重新回流继续运输渣土。

渣土从泥浆中分离后，经过板式压滤机和高速离心机处理变得几乎干燥，可以即产即运，不对环境造成危害。最终被运送至指定渣土厂，经过进一步处理后，可以用于种地、栽树、路基施工等，达到资源的循环再利用。

预计2023年12月，东六环入地工程交付使用，届时，东六环京哈高速至潞苑北大街段将变成“地下隧道”。原有六环路位置将改造成“空中花园”，引导两侧城市功能互动发展和功能创新集聚。

（原标题：国产最大直径盾构机正在东六环地下掘进看“京华号”的穿越之旅）

来源：北京晚报 记者：记者 陈强 孙云柯

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