海宏号盾构机堪称中国研发的最聪明的盾构机定量秤

2019-01-21 10:33:27来源：半岛晨报、科技日报

离大连市中心不远，有个梭鱼湾，正在建造的中国航母就停泊于此。大连地铁5号线要穿过这个海湾，考虑到巨轮出入，不能架设跨海桥梁，因此采用海底隧道。而这项工程催生出一台超级装备。

1月18日，“海宏号”盾构机在大连始发，它堪称中国研发的最聪明的盾构机。

据中铁一局介绍：大连地铁5号线火车站到梭鱼湾南站的海底隧道全长2870米，设计为直径12米多的单洞。隧道穿越一个海底岩溶区域，有上千个溶洞，已勘测的最大溶洞高30米。

隧道工程最怕溶洞：盾构机掘进到溶洞，可能会马失前蹄，栽下去；穿越溶洞还可能引起坍塌或涌水，威胁生命。

该隧道一路穿过硬质岩石，夹杂溶洞，很不利于施工——地层密度变化大，盾构机更容易歪头、钻偏。

海底长大隧道由于施工难，国内工程屈指可数。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。

全国五一劳动奖章获得者、中铁一局城轨公司副总工程师梁西军介绍说：为克服溶洞难题，先用“钻探+CT”来扫描。勘测船在海上隔十几米垂直钻下一个洞取样（就像洛阳铲），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。好让盾构机钻实，不钻空。

海宏号盾构机是中国中铁专门为该工程研发的，也是世界上现有功能最全的盾构机，核心部件设计全球领先。

海宏号的设计师张国良说：海宏号刀盘直径12.26米，整机长度约158米，总重约2840吨。它的一个特色，是配备了更精良的传感系统，盾构机在掘进时“感到”力量不平衡，就能尽快调整。

海宏号还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，盾构机再向前钻。

海宏号还具备一个极有用的本事：常压换刀。盾构机有几十上百个“牙齿”，刀盘一转它们就啃掉岩石和泥土。刀齿会磨损，需要更换。但在几十米深的海底，刀盘后的空舱内，气压巨大。以往是由专业人员提前适应气压，进舱换刀。

海宏号不一样，它的牙齿向后退出时，“牙龈”可自动愈合——刀齿周边的小门，严丝合缝地闭上，隔绝外面的压力。换刀人员因此可以在常压下工作。做到这点不容易，因为即便有一颗小石子硌在门缝中间，也会给常压舱带来灾难。

海宏号在12.26米直径的较小刀盘上实现常压换刀，也创造了一个世界之最。海宏号的启用，意味着跨海隧道工程领域，中国又掌握了一项绝技，给海底长大隧道施工开辟了新天地，因此被媒体广泛关注。

大连地铁5号线穿海利器“海宏号”正式启动

“启动！提高速度！”1月18日11时25分许，大连地铁5号线梭鱼湾南站地下，随着施工人员一声令下，“海宏号”盾构机缓缓旋转刀盘，海底大盾构施工正式启动。在未来两年零五个月时间里，“海宏号”将穿越梭鱼湾至大连火车站的地下岩层，穿越2.3公里海底，破解世界性技术难题。

4层楼高百余米长盾构机动起来了

“海宏号”是大连地铁5号线“穿海利器”，这台专门为跨海大盾构度身定做的庞然大物仅直径就达到12.26米，相当于四层楼高，整机长度约158米，总重约2840吨。在现场，“海宏号”如同待嫁新娘，“红色盖头”遮住了机头部分。“这家伙真动起来，可不温柔。”“海宏号”总设计师张国良笑着说，大连地铁5号线跨海盾构工程被定义为世界性难题，能解决这个难题，一般机器做不到。

记者驻足在“海宏号”内，此时操作舱里一片忙碌，所有人都全神贯注地盯着电子屏幕，随着对讲机中传来启动的声音，操作人员稳稳地开动机器，轰鸣声骤然响起，人们紧张地盯着屏幕查看各项数据，对讲机里传来“提高速度”、“转动刀盘”等指令，随着指令下达，“海宏号”前端刀盘徐徐转动起来。

“始发阶段将有200米试掘进，为期1至2个月时间，每天掘进距离大约4到6米。”张国良介绍说，通过200米试掘进，施工人员将进一步采集刀盘转数、掘进距离、排量泵流量等性能参数，通过进一步配合达到最佳施工效果。

超级设备助力超级工程开创国内先河

大连地铁5号线海底大盾构工程属于长距离、硬岩、高水压穿越溶洞区施工。掘进难度非常大，安全风险极高，经院士专家会议确定为国内工程尚无先例可循，属于“世界性难题”。中国中铁大连地铁5号线有限公司副总经理符昭星表示，目前该工程风险是最高的，也是中国中铁股份公司管控的特级风险源项目。

针对上述难点，中国中铁下属设备制造企业中铁装备根据工程特点，为大连地铁量身定做了“海宏号”盾构机。“目前国内国际都没有针对类似复杂地形施工的先例，‘海宏号’可以说是世界上独一无二的，它的功能是最全的。”张国良非常自信。

符昭星介绍说，“海宏号”是我国自主研发的世界上现有功能最全的盾构机，核心部件的设计在全国乃至全世界均处于领先水平，并采用了多项国际领先技术。“海宏号”集成了许多高科技技术。集传感、探测、挖掘、供电后配套、出渣等等技术于一身，其综合性能是其他盾构机所无法匹敌的。

海底大盾构计划于2021年6月贯通

符昭星表示，“海宏号”始发后，计划用两年零五个月时间，实现该标段的贯通，大概每天3米多进尺速度。“2019年是盾构区间掘进决战之年，也是整个建设工程最关键的一年。”符昭星透露，2019年底，大连地铁5号线将实现13台盾构机始发，区间掘进距离要超过总长度50%，封顶车站达到10座。

截至目前，大连地铁5号线已经完成投资额46.18亿元。全线共有25个工点，已有22个工点实现开工建设，开工率88%。全线共18座车站开工16座，其中梭鱼湾南站、梭鱼湾站、中华路站一期及后关村站一期4座车站主体结构已封顶，虎滩新区站、山花街站、泉水东站、前盐站、中华路站二期、后关村站二期正在进行主体结构施工，剩余车站正在进行围护结构及土石方开挖施工。

同时，全线19个区间共有盾构区间15个，暗挖区间3个，出入段线1个。目前已有7台盾构机实现始发，正在进行掘进施工，累计完成掘进12994米，占总长度的35%。

四大难点构成“世界性难题”

大连地铁5号线南起虎滩新区站，沿滨海路、解放路、友好路、甘井子路、泉水规划道路布置，北至后关村站。线路全长24.484公里，全部为地下线，设车站18座，其中换乘站7座，平均站距1.37公里。其中，火梭区间跨海大盾构隧道下穿梭鱼湾海域，全长2870米，海底距隧道顶12.2--22.8米，海水深度9--14米。

火梭区间海底大盾构施工面临着四大难题：首先是长距离全断面硬岩掘进，最高岩石抗压强度达118兆帕；同时，隧道底部距离海平面最深达49米，穿越地层破碎、透水性强，且与海水相连、水头压力大，接近0.5兆帕；此外，盾构施工将穿越1538米岩溶地层，岩溶发育强烈、穿越三大溶洞群(有上千个溶洞)，专勘揭示最大溶洞高29.8米；盾构还将下穿铁路、航道等重要设施。因此，该工程掘进难度非常大，安全风险极高。经院士专家会议确定为国内工程尚无先例可循，属于“世界性难题”。

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