外交部發(fā)言人趙立堅13日向全球推薦長沙之后，近日，他又在個人社交平臺發(fā)布了一段廣州地鐵18號線的視頻，并配文“廣州地鐵，最高時速達160公里”。

廣州地鐵18號線被稱為“粵港澳大灣區(qū)”最快地鐵，該線路連接廣州東站到南沙區(qū)萬頃沙，實現(xiàn)南沙副中心至廣州中心城區(qū)30分鐘的時空目標。

如此矚目的地鐵線路，修建起來同時需要多少臺盾構(gòu)機?5臺，10臺，還是20臺?遠遠不止。實際上，在過去幾年廣州地鐵18號、22號線的修建過程中，這一數(shù)字達到了驚人的52臺。

這個全球最大盾構(gòu)施工機群的締造者，就是總部位于長沙的鐵建重工。

廣州地鐵18號、22號線全長92公里，立項之初就頭戴“國內(nèi)投資額最大的地鐵項目”的光環(huán)。即便如此，不到百公里的地鐵線路為何要投入52臺盾構(gòu)機?研發(fā)過程中，鐵建重工遇到了哪些難題，又是如何解決的?

一年多研發(fā)交付50臺盾構(gòu)機

去年9月，廣州地鐵18號線首通段正式運營，后通段首臺盾構(gòu)機于今年3月始發(fā);今年3月底，廣州地鐵22號線首通段也正式通車。

此時，距離2條地鐵線路首臺盾構(gòu)機下線近4年：2018年6月6日，廣州地鐵18號和22號線施工的“鐵兵”系列首臺盾構(gòu)機——“鐵兵一號”在鐵建重工下線。

“鐵兵一號”是直徑8.8米的土壓平衡盾構(gòu)機，為該類直徑的第四代成熟機型，長度123米，重1200噸，其斷面尺寸在當時廣州地鐵施工中位居第一，堪稱名副其實的“大國重器”。

2020年3月，“鐵兵50號”號在廣州地鐵18號線萬傾沙至橫瀝區(qū)間順利始發(fā)，吹響了廣州節(jié)后硬核復工的號角，一群數(shù)量龐大的“地下航母”穿行粵港澳大灣區(qū)的“江河湖海城”。

短短一年多，鐵建重工為何能下線并交付如此大規(guī)模的盾構(gòu)機群?鐵建重工有關負責人介紹，成熟的研發(fā)技術是基礎，強大的生產(chǎn)能力是關鍵，高效的售后服務是保障。

2007年，鐵建重工從零起步，到2016年盾構(gòu)/TBM年銷售100余臺套，全球市場占有率和生產(chǎn)能力排名第一。2017年上半年，鐵建重工長沙第二產(chǎn)業(yè)園正式投產(chǎn)，也大幅提升了企業(yè)制造和交付能力。如今，40條盾構(gòu)機生產(chǎn)線橫跨鐵建重工長沙一、二產(chǎn)業(yè)園，企業(yè)當之無愧成為全球最大地下工程裝備制造基地。

“鐵兵一號”抵達廣州地鐵施工現(xiàn)場后，中鐵十九局技術人員和鐵建重工現(xiàn)場服務人員共同協(xié)作，克服重重困難，不畏炎炎烈日，僅用25天就完成盾構(gòu)機的組裝及調(diào)試工作。

與此同時，鐵建重工派遣了200多人的服務團隊駐扎廣州，并設了配件倉庫，一旦盾構(gòu)機有了故障，2小時之內(nèi)就把專業(yè)服務人員派到現(xiàn)場，3個小時配件及時供應上，大大提升盾構(gòu)機的作業(yè)效率。

不同地質(zhì)環(huán)境讓盾構(gòu)機“個性十足”

正常來說，一臺盾構(gòu)機的使用壽命為10公里。那么，廣州這2條92公里長的地鐵線路，為何還需要52臺盾構(gòu)機來修建?這主要跟廣州的地質(zhì)條件有關。

原來，廣州位于珠三角沖積平原，屬獨特地質(zhì)斷裂構(gòu)造，素有“地質(zhì)博物館”之稱，地鐵工程遍布花城，33座綜合樞紐通達7區(qū)，遁入地層深處建地鐵，穿越猶如“豆腐”般的艱險地域，安全風險高，施工難度大，依靠單一的盾構(gòu)機型根本無法完成。

時任廣州地鐵十八號線四分部(中鐵二十五局管段)總工程師李雙美介紹，“我們在施工中面臨盾構(gòu)隧道區(qū)域周邊環(huán)境復雜;地面建筑物多、房屋臨遷拆遷多;穿越范圍內(nèi)農(nóng)田、魚塘面積較大;地面車流量較大;區(qū)域地層為典型的上軟下硬地層等五大挑戰(zhàn)，施工風險高，這對盾構(gòu)機的掘進控制提出了十分嚴格的要求”。

廣州18號、22號地鐵線先后下穿河流、既有運營地鐵線，村莊以及密集房屋群等眾多建構(gòu)筑物和風險源。其中區(qū)間隧道與既有運營線垂直凈距最小僅有5.5米，而且全線河道縱橫，水塘密布，穿越200米以上寬度的河流有11處，最長的一段要在江底走1600多米。

不同區(qū)間面臨的地質(zhì)條件和施工環(huán)境千差萬別，對設備選型要求各異，所以盾構(gòu)機不能批量化生產(chǎn)，需要因地制宜研發(fā)、量身定做產(chǎn)品。這也意味著，鐵建重工為廣州研發(fā)制造的每一臺盾構(gòu)機都“個性十足”。

因此，鐵建重工根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為廣州量身定制了52臺盾構(gòu)機群，以一臺盾構(gòu)機刀盤直徑8.8米，身長200米來計算，52臺“鋼鐵巨龍”肩并肩擺放在一起，占地面積超過13個標準足球場。

開發(fā)設計多項盾構(gòu)新技術

面對如此復雜的地質(zhì)，鐵建重工技術人員并沒有怯場。“針對一項項地質(zhì)難題，鐵建重工開發(fā)設計了冷凍刀盤、伸縮主驅(qū)動、刀具狀態(tài)監(jiān)管模式等多項技術。”鐵建重工掘進機研究設計院研發(fā)人員陳慶賓介紹。

據(jù)陳慶賓透露，盾構(gòu)機在廣州地鐵掘進過程中面臨著軟巖、硬巖、軟硬交替等不同土層，為解決隧道塌方問題，盾構(gòu)機采用的冷凍刀盤技術，能夠把土層“冷凍”成一個罩殼式的安全體，“就像給盾構(gòu)機定制了一款合適的安全帽，在穩(wěn)定周圍地質(zhì)環(huán)境的同時，更便于掘進。”

刀具的研發(fā)和選材也頗為曲折。每臺盾構(gòu)機的刀盤上裝有100多個刀具，好似人的“牙齒”，用來破石嚼巖。“因此刀盤材質(zhì)要同時適應低溫和高溫，保持刀盤整體結(jié)構(gòu)的強度、剛度。”陳慶賓說，研發(fā)團隊經(jīng)過上百次試驗，終于完成了刀盤的設計和選材。

上一個難題剛解決，新的難題又相繼出現(xiàn)：在遇到硬度較高的巖層地質(zhì)時，刀具磨損較快，如何從緊貼施工作業(yè)面的刀盤上更換下?lián)p壞的“牙齒”，成為了一項極其復雜且危險的操作。

陳慶賓介紹，為了解決這個難題，鐵建重工又重新配套開發(fā)了“伸縮主驅(qū)動”技術，可以讓刀盤從施工作業(yè)面回退，便于在施工過程中碰上極硬巖和極高風險地層的時候，維修人員有更好的換刀操作空間。

同時，刀盤配合刀具狀態(tài)監(jiān)管模式，實時監(jiān)測盾構(gòu)機“牙齒”的狀態(tài)，選擇最佳更換時機，從而最大程度地降低了施工風險。