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昨日上午,濟南劉長山路延長線仁里村地下15米的盾構始發井內,“開拓一號”盾構機刀盤緩緩啟動,省城首臺盾構機正式始發,標志著濟南軌交R1線從地上施工轉入地上地下同時并進。記者昨日首次下到盾構機內部,看看這個直徑近7米、長85米的大家伙內部究竟藏著怎樣的玄機。 文/圖 記者孫姮
挖完渣土自己再鋪管片灌沙漿
據悉,劉長山路延長線仁里村的這個盾構井,其實就在R1線從地上高架轉入地下隧道的過渡段上,軌道交通地下段使用盾構機時,一般先在規劃的位置挖出一個類似“豁口”的基坑,然后把盾構機吊下去。隨后,盾構機就可以施工作業了,在地下15米的地方像條蚯蚓一樣往前拱;能上能下、能左能右,最小轉彎半徑250米,100米上下坡不超過5米。
“R1線有一段需要穿過京滬高鐵地下,這時盾構機還要下到30米深處工作。”施工單位中鐵十四局的工作人員告訴記者,盾構機始發后,在液壓的推動下,只能前進不能后退。刀盤將砂卵石、灰巖等打碎后,渣土通過傳送帶運送到出渣口,然后通過后面的編組列車運到“基坑”。一臺盾構機的編組列車共長65米,配有四節渣土車,就是為了能及時運出盾構機挖出的渣土。
盾構機的編組列車,除了渣土車,必不可少的還有管片車和沙漿罐車,其中,管片車將管片運送到管片拼裝機,渣土挖出后立刻拼裝隧道管片。每一片管片寬1.5米,每一圈需要6塊。但管片和外壁還有大約14厘米的空隙,這時,就要通過沙漿罐車澆筑沙漿彌合縫隙。如此,盾構機經過后,就可直接鋪鐵軌了。據悉,一個小時內,盾構機約有40分鐘在開挖隧道,20分鐘在拼裝隧道管片。
一月挖200米壽命只有10公里
據悉,盾構機的動力主要是靠電維持,接入10萬伏電壓,經機器上的變壓器轉換為400伏電壓開始作業;該機器設計功率1800KW、驅動功率945KW,工作起來每小時耗電量為900多度電。
遇到巖石,盾構機每分鐘可轉3.5轉,推進7毫米;遇到軟土每分鐘轉1轉,推進40毫米至80毫米。濟南地層中軟土、砂卵石、灰巖交替分布,在濟南的地質結構中,盾構機每月可推進200米左右,砂石層2公里就需要換一次滾刀。
據悉,盾構機最怕遇到平行水。如果僅是一些沒有壓力的滲水,不會影響施工。如果有帶有壓力的水,不超過10公斤,也就是水深不超過100米的壓力,也基本不會影響施工。但若遇到突水情況,盾構機就要停止工作,人工澆灌泥漿、鋸末或黃豆等,把水吸成果凍狀,然后再倒出來。但如果遇到水壓很大的情況,就麻煩了。水壓可能將盾構機密封破壞,損害機器,影響施工。
據了解,因為該設備的關鍵部件主軸承、電機、液壓馬達等是從國外引進的,都有壽命年限。各個零部件接近了使用壽命,考慮到隧道施工安全和可靠性,一般就不用了。其實,“開拓1號”整臺設備的設計壽命也只有10公里。
一臺盾構機需8人操控
盾構機全稱為全斷面隧道掘進機,是一種具有金屬外殼,殼內裝有整機及輔助設備,在盾殼的掩護下進行隧道土體開挖、土渣排運、整機推進和管片安裝等作業,從而構筑隧道的特種施工裝備。那么,這么大的機器需要多少人控制?據施工單位中鐵十四局的工作人員介紹,盾構機需要一個機長,負責開挖控制和工序組織;有人負責拼裝管片,運送管片、擰螺絲;還有人負責清運渣土。整個班組大約8個人。當然,所有的工作基本都是自動化,操作相對簡單。
操作室是盾構機大腦,負責控制盾構機推力、速度、方向等掘進參數,里面有一些屏幕將分別監控著隧道掘進時同步注漿的情況:盾構機刀頭的位置和方向、管片運入和渣土輸出的實時狀況。但操作室里配備了空調,盾構機上還有衛生間。
據悉,一般開挖一環會產生大約55方渣土,每輛渣土車可裝18方,3輛車基本可以裝完,如果渣土遠超出這個數量,說明機器在施工過程中有地方出現了塌方。“每一個機長都要對這些情況熟練掌握,如果開挖的是砂卵石,渣土增加約0.4倍。如果是黏土,渣土增加0.2倍左右。出土量一旦出現異常,必須要停機檢測。”施工工人告訴記者,一般情況下,使用盾構機產生的地面沉降不超過5毫米。
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濟南軌交R1線的建設方法
正在建設的濟南軌交R1線中,集合了多種建設方法。
盾構法:地下掏挖隧道,不影響交通且減少噪音。盾構機是地下區間施工的絕對主力,與之相對應的方法也稱為盾構法,就是用盾構機在地下掏挖隧道的工藝。作為既可支撐地層壓力,又能在地下推進的活動鋼筒結構,盾構法可盡可能不影響地面交通,同時減少噪音和振動。
明挖法:開膛破肚大開挖,成本低但阻斷交通。包括王府莊在內的4座車站,目前均以明挖的方式施工。顧名思義,明挖法就是挖開地面,由上向下開挖土石方,再由下向上施工,完成主體結構,最后回填并恢復地面的方法。這種方式運用在人防建設等工程上有時也稱為“大開挖”。明挖法是最快、最節約成本的一種方法。
暗挖法:暗挖法就是不開掘路面,用地下掏挖的方式施工。但這種方式造價較高,難度更大。相關負責人介紹,它與盾構法的不同在于可不受挖掘方向影響。“在兩條隧道之間,需要建設垂直于隧道走向的通道,此時一般采用暗挖法。”
蓋挖法:邊挖邊蓋,恢復陸上交通。蓋挖法則是先進行明挖,在達到一定深度后,將施工溝槽頂部“蓋上”,先恢復陸上交通,再在地下區域進行施工。與明挖法相比,蓋挖法也能大量減少影響陸上交通的時間。
高架法:先預制好“U型梁”,再現場組裝。高架法就是軌交高架部分的建設方法。在濟南軌交R1線中,有7站為高架站。軌交高架區間所需的“U型梁”需要先在其他區域建廠完成預制,再運到工程現場組裝起來。
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