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王家河边舞“铁龙”引汉济渭岭北TBM试掘进纪实
巨大的“铁龙”,绵延两百多米,它体态庞大,“犄角”锋利,钢铁是它的战衣,穿山是它的长项,它的赫赫战绩遍布全球。
2014年春末夏初,它们在秦岭相遇,说着彼此听不懂的语言,做着让人敬佩的事。
王家河边舞“铁龙”
——引汉济渭岭北TBM试掘进纪实
“铁龙”的正式名称——全断面硬岩隧道掘进机,英文叫Tunnel Boring Machine,简称TBM,是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备,它来到秦岭并不偶然。
“铁龙”的首次征战
2014年6月初,引汉济渭6号隧洞内人头攒动,机声雷鸣,这热烈的场面就是见证“铁龙”的第一次——引汉济渭岭北TBM试掘进。
这台比一列火车还长的巨型“铁龙”平卧在TBM组装洞中,它的头部是一个旋转式刀盘,上面镶嵌着几十把盘形滚刀。两个巨大的液压撑靴牢牢的蹬在隧洞两侧的墙壁上,好比一双粗壮有力的双腿紧紧地撑住洞壁,来保持身体的平衡。
接通高压电源,随着巨大刀盘的缓缓转动,盘型滚刀切入岩石,将坚硬的岩石咬得粉碎,发出雷鸣般的响声。被切割下来的石渣随着刀盘的旋转由刀盘上的铲渣斗自动拾起,经刀盘内的溜渣槽输送到皮带机上,再运到后配套系统处,经皮带机直接运出洞外。
掘进机的后配套系统在主机掘进的同时,进行着运输石渣、喷锚支护、铺设仰拱和轨道等多项工序的立体连续并行作业。通过这些初期支护工作,直径达8米的圆形隧洞就基本成型了,“铁龙”的第一次旋舞也就这样光荣的实现了。
引汉济渭工程岭北工区引进的这台TBM机型是敞开式全断面硬岩掘进机,由德国海瑞克公司生产制造。设备全长210米,新刀开挖直径8.06米,总重1542.71吨,由主机、连接桥、后配套系统三大部分组成。其掘进施工则由中铁十八局集团隧道工程有限公司引汉济渭项目部负责。它将从秦岭北麓的王家河畔起舞,一路向南,与秦岭南麓的另一台来自美国罗宾斯公司的TBM“铁龙”相向运动,共同攻克秦岭天险。
引汉济渭岭北TBM的成功试掘进标志着引汉济渭秦岭输水隧洞工程进入了关键的施工阶段,同时为实现2017年引水进西安的目标又迈出了跨越性的一大步。
“铁龙”的前世
其实,早在1846年,意大利人Maus就发明了世界上第一台TBM的雏形。但是直到二十世纪50年代,它才开始迅速的发展。至上个世纪90年代初,总长为50.5公里的英法海峡隧道的成功建成通车,TBM才算真正意义上的成功应用。
100多年前,詹天佑在为京张铁路选线时,在青龙桥附近设计了“人”字形路线,他通过改变隧道的方向,绕开直接爬坡的难度。他的这种“拐弯抹角”无不凝结着良苦的用心。然而,水利工程中的输水隧洞绝对不能“拐弯抹角”。TBM因其具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点,能实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧道的施工,所以它在我国的最早使用就出现在水利水电工程上。
1991年,甘肃省引大(大通河)入秦(秦王川)工程,当属TBM首次在我国的成功应用典范。之后,西康铁路秦岭隧道I线、辽宁大伙房水库输水隧洞都留有它的身影。TBM也因其具有的诸多优点,在我国水利、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中呈增长式应用。
“铁龙”的今生
引汉济渭工程作为陕西省的“南水北调”工程,对陕西统筹水资源意义深远。
其秦岭输水隧洞是联通汉江、渭河的纽带,全长98.3公里。因穿越秦岭主脊段的39.08公里无法布设施工支洞,不能解决通风、运渣等难题,且最大埋深超过2000米,传统的钻爆施工法已不能满足施工要求。
面对这些极具挑战性的困难,陕西省委、省政府和省水利厅领导高度重视,引汉济渭工程协调领导小组经过科学研究、缜密计划,决定动用科学技术作为武器——引进目前隧洞工程的先进装备TBM来攻艰克险。
负责引汉济渭工程建设及运营管理的陕西省引汉济渭工程建设有限公司高度重视TBM段隧洞开挖工作,多次召开专题会议研究部署TBM运输、组装方案。从2014年3月8日起,岭北TBM的组装工作就开始如火如荼的进行着,公司领导也多次深入组装洞检查,现场指导组装工作。“铁龙”在引汉济渭人耐心、细致的照顾下,历经80天“腾空出世”,并于2014年6月开始试掘进。
“铁龙”的新技能
“引汉济渭使用的是TBM第三代设备,功能升级了很多。” 大安监理公司引汉济渭工程岭北TBM监理部总监理工程师李恩阳介绍说,由于工程输水隧洞(越岭段)的最大埋深超过2000米,其产生的地热加上机器散热将会产生超过40℃的高温。所以此次引进的TBM配有一个4*100千瓦的“超大空调”。它比地铁施工使用的盾构机多了送风功能,通过送风与抽风,不但能大大解决超长隧洞的通风问题,还能将大颗粒粉尘沉积下去,净化洞内的空气。
“它还有‘千里眼’呢!”李恩阳说,秦岭历来被专家们称为“地质博物馆”,这个地区地形、地质构造条件十分复杂。如果能提前预知隧洞前方的围岩情况,对促进工程进度、保证施工安全都具有决定性作用。引汉济渭工程的TBM因配有超前钻,不但可以看到隧洞50米以外的围岩情况,还可以通过探测到的“情报”进行数据分析,为施工作业提供先期预判功能。
据了解,引汉济渭工程的TBM还装配了目前较为先进的麦斯系统,该系统由美国罗宾斯公司发明制造,拥有这个系统就相当于提前拥有了管棚支护功能,对突破断层和不良地质具有良好作用。同时,岭北TBM还配备了两台同步混凝土衬砌台车,为隧洞提供同步衬砌,使隧洞一次成型,能大大缩短总工期。
经验丰富的“舞龙人”
“这里就相当于一个先进的机械化工厂,能进来的人都需要掌握一、两项专门的技术,在TBM的各个部位操控与维护它。”中铁十八局引汉济渭项目部TBM分部经理吕二超说,他自2007年进入中铁十八局就开始接触TBM,现在已经七年多了,对TBM施工已算轻车熟路。参与岭北TBM施工的400多名工人,也基本都是具有TBM施工经验的专业人才。
据了解,拥有“中国挖洞王”之称的中铁十八局集团隧道工程有限公司,曾成功参与过西康铁路、辽宁大伙房等诸多著名隧洞TBM施工段的建设。它不但是最先引进TBM的单位,还承建了首个海外TBM施工项目,TBM的施工经验十分丰富。“我们每掘进9小时,就要维护6小时,让它拥有充足的睡眠时间,以更好的状态进行接下来的工作。”吕二超说,因为知道TBM设备的金贵,他们会通过科学的操控方法与细致的维护方式使TBM更快、更好的工作。
“铁龙”的光荣使命
“铁龙”这次执行的任务是从底部穿越世界上十大山脉之一的秦岭,其在人类历史上是空前的,该隧洞洞身之长、埋深之大前所未有。同时,断层、涌水、岩爆、塌方、瓦斯爆炸等也是它可能会面临的问题。
如何快速、优质、安全地打通秦岭输水隧洞,成为能否实现2017年引水进西安的关键节点。因此,TBM这个大型“铁龙”不但饱含着引汉济渭人的热切期望,更承载了这艰巨而又光荣的使命。
39.08公里,是“铁龙”的掘进任务,更是它至高无上的责任与担当。它的贯通实现又将创造多个世界和国内第一。所以,当梦想与责任碰撞时,唯有艰辛与付出交织,智慧与激情绽放,才能实现完美收官。
王家河仍然在静静地流淌,它身边的巨型“铁龙”也继续它艰巨而又光荣的使命。“铁龙”知道王家河的快乐,王家河也会为“铁龙”能贯通巍巍秦岭,把一江汉水引向关中而激情的欢唱。
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