献给世博会的中国骄傲
通讯员／黄迎燕 实习记者/郭树涵
国内最大直径土压平衡盾构机
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徜徉于外滩，开阔的黄浦江从身畔缓缓流过，各色洋建筑的奇特风格呈现眼前：哥特式的尖顶、古希腊式的穹窿、巴洛克式的廊柱、西班牙式的阳台……
然而，车水马龙的路面交通横跨其中，分割了整体景观。
为了更大限度地体现外滩的历史文化风貌特色，分流外滩过境车辆，上海外滩通道工程启动。
这条为2010年世界博览大会服务的外滩通道，采用直径14.27米的土压平衡盾构进行掘进。隧道建设者--上海隧道工程股份有限公司，同时又是盾构掘进机的制造者，他们把这台盾构自豪地称为:"献给世博的中国骄傲"。因为，这台盾构是上海隧道股份制造和使用的最大直径土压平衡盾构，更是中国迄今为止使用的最大直径土压平衡盾构。
国内大直径隧道基本都选用大直径泥水平衡盾构，为何外滩通道工程垂青于大直径土压平衡盾构？这还要从外滩通道工程的先天不足和土压平衡盾构的后天优势说起。
带着"镣铐"跳舞--工程的"先天不足"
外滩通道是上海市"三纵三横"交通中三纵东线的组成部分。建造外滩地下通道的目的是解决外滩的交通拥堵问题，分流三纵东线外滩的过境车辆，服务上海世博会交通。建成后将是一条双层双向的小车专用地下道路。
整个外滩通道工程从中山南路老太平弄至吴淞路、武进路，以福州路接收井为界，分为南段与北段。北段工程南起福州路工作井，北至吴淞路、武进路，其中天潼路到福州路的区段采用盾构法施工。该盾构掘进段共长1098米，从天潼路工作井始发，沿线从地下穿越诸多上海的标志性建筑，如浦江饭店、上海大厦，还将从外白渡桥下穿过苏州河，再从中山东一路下方穿过，最终抵达福州路工作井。外滩防汛墙和承载百年历史的"万国建筑群"紧贴隧道轴线。要在逼仄的上海核心区域建造一条大直径隧道，同时要保护好周边建筑，还要把对环境的影响降到最低，这就好比带着"镣铐"跳舞。工程人员必须利用"最有限"的资源与各种"限制"周旋，建造一条既能有效分流交通，又能还外滩景观于民的优质隧道。正是出于这一考虑，工程采用了14.27米的土压平衡盾构。
揉入古典风格的"现代舞"--盾构的后天优势
所谓土压平衡盾构，是指盾构在推力的作用下，刀盘切削土体，通过调节螺旋机的转速控制土舱的排土量，达到土舱与开挖面的土压力动态平衡。这是目前国际、国内隧道施工的主力机型，它跳的是"现代舞"，又继承了传统特色，揉入了"古典风格"。
与泥水平衡盾构相比，土压平衡盾构具有以下优势：
针对工程的浅覆土，土压平衡更易控制开挖面稳定；
针对地域的局限，土压平衡盾构比泥水盾构施工占地更少；
针对泥水分离系统的价格昂贵，土压平衡盾构价格低廉；
如需切削钢筋混凝土板桩，土压平衡盾构螺旋机比泥水盾构更便于排渣。
此外，隧道长度适中，便于土压平衡盾构施工。
与以往用于地铁施工的土压平衡盾构相比，大直径土压平衡盾构又有不同：大直径土压平衡盾构配备有固定式和可更换式的土压传感器；
螺旋机采用无级调速设计，能精确计量出土，确保动态压力平衡效果；
充分考虑开挖面增加导致进入土舱的土体体积增大，增加了刀盘、隔舱处的注入口数量，通过加注泡沫或膨润土来改良土体，加强了土体改良效果；
在土仓中心区域增加多个搅拌机，进一步改善了中心区域的土体的流塑性……
大盾构带来大挑战
首先是大--此次施工首次制造和使用了中国最大直径14.27米土压平衡盾构。该盾构全长80多米，总体重量约3600多吨，其部件大都属于超长、超宽、超高、超重类型。
其次是难--上海隧道股份遇到了众多世界级难题。
直径盾构壳体超大。该壳体直径为14.27米，国内不具备相配套的金加工设备。上海隧道股份自主设计制造了专用车削设备--多功能铣加工设备，不仅节约了大量资金，更缩短了工期。
场地和起吊限制。驱动装置重达415吨，被分解成多个部件运输到工地现场进行安装。由于场地有限和起吊能力限制，所有驱动五大件都是先吊运至井下再进行安装，在井下进行组装后再整体翻身。
刀盘驱动装置采用电机驱动，其最大扭矩达69418KN/M，轴承的寿命可达10000小时。大刀盘总重达300多吨，单体中心块最大重量为200多吨；与以往平面刀盘装置不同，该刀盘面采用了锥面设计，大大增加了加工的难度和精度控制；采用振动式退火，消除内应力，不仅节约了成本，而且大大节省了时间；螺旋输送机直径近2米，总重量约100多吨，是目前使用的最大直径和最大重量的螺旋机。
盾尾密封装置首次全部采用耐磨的不锈钢材质，具有不易腐蚀、密封性好的特点，有助于盾构长距离推进。
拼装机装置采用真空吸盘夹取管片的结构形式，提高了拼装机夹取大重量管片的安全性。首次实现吸盘拆卸功能，能够同时满足不同尺寸的管片和钢管片的不同拼装需要。具有6自由度控制，打破了以往只能进行分别调节拼装机的局限。
大直径土压平衡盾构研发的未来
据上海隧道股份的专家介绍说，大直径土压平衡盾构的合作制造，填补了相关配套技术--超大质量盾构部件制造、组装和调试上的空白，为中国大直径土压平衡盾构技术积累了宝贵经验，同时为上海隧道股份土压平衡盾构进一步改进提供了依据和指导。如：该盾构驱动装置采用电机驱动，对同样采用电机驱动的D型土压平衡盾构改进提供了有益借鉴。另一方面，大直径土压平衡盾构施工为以后在闹市区内进行大直径隧道建设提供了经验。
从1960年代开始，上海隧道工程股份有限公司就在盾构研制和技术创新上投入了大量的人力和物力，并于2004年研发成功具有完全自主知识产权的国产地铁盾构"先行号"。自行研发、自主设计、部件选型，上海隧道股份掌握了地铁盾构制造的核心技术，获得2006年度上海市科技进步一等奖，"先行号"被列入2006年度的国家重点新产品计划。在2007年国际工业博览会上，获得银奖第一名。大直径土压平衡盾构的制造，是上海隧道股份继国产地铁盾构后，在中国地下工程重大装备开发领域迈出的又一大步。
有识人士认为，抓住目前中国大直径隧道的巨大市场和良好发展机遇，通过合作制造加快经验积累，掌握核心技术，从而加快研发国产大直径土压平衡盾构，形成国产盾构产品系列化，不仅加快提升中国掘进机制造业的自主创新能力与核心竞争力，而且对促进国家的工业化和城市化进程，高效、环保和安全地开发利用地下空间，实现可持续发展和构建和谐社会，都具有重要的战略意义，必将产生更为巨大的经济效益和社会效益。
信息来源：《装备制造》杂志
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