集团自主研发国内首台超大截面矩形盾构机首推告捷- 大数跨境

建工群英社

2015-10-15

导读：建工群英社出品建地铁用的盾构机通常都是圆的，你见过用矩形的盾构机来掘进地下隧道吗？上海虹桥临空园区10-3、

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建地铁用的盾构机通常都是圆的，你见过用矩形的盾构机来掘进地下隧道吗？上海虹桥临空园区10-3、11-3地块地下连接通道工程就是由集团自主研发的地下空间新型非开挖“利器”----国内首台盾构法掘进的土压平衡超大截面(10.1米X 5.3米)矩形盾构机近日首推完成的。矩形盾构法隧道作为国内一种全新的施工方法，以其高效的地下空间使用率、可浅覆土长距离曲线掘进、掘进施工时对周边环境影响小的特点，填补了国内隧道工程建设中的空白，将会对国内大城市主干道下穿隧道、地下管线密布区地下通道特殊节点的处理，以及建筑物间地下连接通道建设等产生示范效应和深远影响。

国内首台盾构法掘进的超大截面“矩形盾构机”的“处女之航”开掘出的断面为9.75米X 4.75米的近似矩形的28米长的地下连接隧道,位于上海虹桥临空地块的福泉北路上,下穿1.8米雨水、给水、电信、电力、燃气等7条管线。如果采用明挖法施工，不仅管线搬迁费用高昂，延长工期的同时也会妨碍园区交通的正常运行。在使用矩形盾构机“利器”开挖隧道后，免去了迁移管线费时费力的困扰，确保工程如期完工。在这次掘进过程中，福泉北路地面繁忙的交通通行如常，地下低噪音施工也对紧邻的商务楼的影响降到最低。

据联手研发的机施集团、市政总院和两家企业合资组建的上海建工地下工程技术有限公司等有关专家介绍，矩形盾构开掘出的矩形隧道空间利用率很高，而通常的圆形盾构机开掘出的圆形通道上下两端浪费比较大。对开凿通道来说，圆形盾构其实是最便利的选择，刀盘旋转一圈即可完成全断面切削。现在盾构机头由圆形改成矩形，可谓“牵一发而动全身”，涉及钢结构壳体、刀盘系统、螺旋输送系统、液压顶推系统、注浆系统、管片拼装系统、测量系统、信息化施工管理系统和环境监测系统等，需要解决刀盘切削、钢混组合的矩形管片体系与机械化拼装、姿态调整、浅覆土扰动及智慧监控等一系列超级难题。

集团聚焦世界建筑施工技术的前沿，主动承接国家与上海的科研项目，积极开展对地下空间新型非开挖技术等前瞻性、战略性的研究，加快培育新的核心技术。正如集团总裁杭迎伟所说“在上海加快科创中心的建设中，企业要真正成为科技创新的主体，最重要的是要“产学研用"相结合，而“用"是科技创新的出发点和落脚点。”针对未来城市地下空间开发非开挖技术的市场需求，在上海市科委、市国资委的大力支持下,集团从2011年起就对大截面矩形隧道盾构法施工设备及设计施工等关键技术进行超前研究，从整体技术方案策划入手，集聚多方资源，联手研发攻关,以机施集团为主导，负责矩形盾构机的总体设计和建造调试;以市政总院为主导，总体负责隧道管片的设计研发。

在矩形盾构机研发过程中，机施集团与同济大学机械学院和同新机电控制技术有限公司、中国煤炭科工集团上海有限公司、上海凯盾工程技术有限公司等通力合作，联合攻关。通过突破性地采用组合式可伸缩刀盘系统、变螺距超短螺旋输送机、高强螺栓连接分节组合壳体、泥垫纠偏系统、半自动五维度管片拼装机械臂、施工状态实时不间断管线和环境变形监测系统、管片运输与管片喂给和隧道形状保持“三合一”专用设备等多项独创技术，成功攻克了国际上最小高宽比（接近0.5）的“大”又“扁”矩形截面对盾构机设计与制造带来的诸多超级挑战。我国首台全部自行设计、制造和部件国产化的大截面矩形盾构机终于诞生。

在矩形隧道衬砌结构设计研发过程中，市政总院创新设计原则和设计方法，并与同济大学等通力合作，联合攻关。通过比选，优化隧道管片外形,合理分块与减少节点;创新节点连接构造、节点布置、钢箱混凝土组合管片及管片防水构造设计与开发免整环机加工的高精度冷作、焊接钢管片制造工艺;首次成功的采用了直立式的整环力学试验和管片节点与构件试验、制定钢混复合管片的质量标准等。

“产学研用"相结合，最终要在“用"上体现出实际应用成果。在长宁区建委、新长宁集团和市建委科技委的鼎力相助下，集团自主研发的具有完全知识产权的国内首台超大截面矩形盾构机及及矩形衬砌结构，终于在申城虹桥临空区域首推成功国内首条盾构法大型矩形隧道。

超大截面“矩形盾构机”，头部由8个大刀盘和3个小刀盘组成轴向伸缩式刀盘,通过交错旋转可形成无盲区施工，近似实现全断面切削，边边角角都能照顾到。研发人员开发的一整套从管片设计、管片运输到管片自动拼装适用于矩形盾构的管片机械化拼装技术。这一系列创新技术的运用，确保了超大截面矩形隧道结构的稳定和矩形盾构机的顺利推进。贯通后的矩形隧道无渗漏，最大变形量完全处于允许的范围之内。目前，矩形盾构机及矩形隧道创新技术己申请国家专利30项，具有完全的自主知识产权。

业界公认集团自主研发的地下空间新型非开挖“利器”--超大截面矩形盾构机优势明显，应用前景宽广。随着城市地下空间开发建设的快速发展，城区地面交通拥挤不堪，严重影响了城市可持续发展。大力开发地下空间，可实现城市交通立体化和地下空间互联互通，是城市功能提升和可持续发展的必然选择。较传统的圆形盾构而言，采用矩形盾构施工可使空间利用率提升20%以上，浅覆土施工的特点使得隧道埋深更浅、坡度更小。与同为新兴工艺的矩形顶管相比，矩形盾构可长距离、曲线顶进，实现平曲线与竖曲线隧道挖掘，并且在拼装运输上更为便捷。矩形盾构机具有减少施工扰动、避免大量拆迁、不影响地面交通等优点，将广泛用于城市地下人行、车行地道、地铁设施、共同管沟等地下领域。在完成虹桥临空地下连接隧道工程后，这台超大型矩形盾构机将投入到虹桥商务区与中国博览会综合体地下人行隧道东段工程的施工。

资料来源

章华平

【声明】内容源于网络

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