科技日报记者  矫阳  

11月20日，由中铁二十二局与铁建重工联合打造的超大直径泥水平衡盾构机“强国号”，在铁建重工园区准备向穗莞深城际“前海至皇岗口岸段三工区”项目运发。

(资料图片仅供参考)

“强国号”是目前国内最先进的超大直径盾构机，被誉为同类产品的“天花板”和集大成者。“强国号”有哪些新功能？

“‘强国号’总长126米，总重3300吨，采用常压复合式刀盘，配备国内最先进的电气系统、泥水环流系统。开挖直径13.27米，多项配置为全国之最。同时首次在国内采用掘进开挖管理系统，大大提高了盾构操作智能化水平，通过精密分析、精确计算掘进开挖出土量，可以有效避免盾构机超挖问题。”中铁二十二局集团轨道分公司穗莞深城际项目负责人刘自明说。

据介绍，穗莞深城际前皇段三工区盾构隧道，是深圳市城际铁路首个大直径盾构隧道。“盾构区间全长3511米，为双线隧道，具有开挖断面大、地质条件差、建设标准高、关键技术多等特点，沿线中高风险源28处，下穿管线多达一百余处，多次上跨、下穿、并行既有线路，施工难度在国内盾构施工中首屈一指。”刘自明说，盾构机下穿的地层为海冲积至冲洪积平原地貌，靠近深圳湾、深圳河，下穿新洲河，场区属于填海造陆区域，建筑密布。在这种情况下，盾构下穿作业，犹如在“豆腐块”里挖隧道。

然而，采用超大直径盾构机在上软下硬地层中掘进，极易出现地表沉降、刀具磨损等难题。如何在上软下硬地层中控制掘进参数、判断刀具磨损及仓内状况，成为盾构施工管理的最大难点。

面对挑战，中铁二十二局集团联合铁建重工研发团队，有针对性地为“强国号”搭载了多项智能化、人性化创新设计。

针对地层岩体不均匀，裂隙发育，局部因裂隙密集程度及充填情况差异较大的问题，设计选用了泥水平衡盾构机，靠闭路管路输送渣土，极大提升了密封性能。

在盾构机刀盘设计上，研发团队采用了高耐磨和抗冲击设计。“纵深方向开口采用倒锥形设计，即‘严进宽出’结构。”刘自明说，这个设计利于渣土进入泥水舱，达到提高渣土流动效率的目标，继而降低滞磨率。

“强国号”配装了一系列顶尖的智慧化系统，拥有一个“最强大脑”。

“刀盘上的每把滚刀，都配装了一系列传感器、简易信息浮窗和报警系统等一系列装置。”刘自明说，每把刀具如同长了“眼睛和耳朵”，确保操作人员及时准确获得刀具工作状态、磨损情况等信息。

施工作业及指挥，也全部实现智能化。

据技术人员介绍，注浆智能监控系统则利用探测雷达和智能分析软件，实现隧道壁后注浆图像自动识别，代替传统靠人工、经验进行的判断，实现对壁后注浆的精细化控制。而在地面盾构指挥中心，技术人员则利用盾构施工大数据平台和智能数据分析系统，实现项目智能管理、设备状态智能监测、施工风险管控、智能辅助掘进等功能。

“掘进期间，‘强国号’还将采用专业设计的控制箱进行全站仪的通讯和电源管理，实现真正的无线缆作业。”刘自明说。

据悉，全长21.167公里的穗莞深城际前海至皇岗口岸段，途经深圳市前海合作区、南山区、福田区，建成后，对完善深圳滨海地区城际轨道骨干网络，支持前海自贸区、东莞滨海新城等重点发展片区快速建设，打造粤港澳大湾区城际铁路网具有重要意义。