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“穿山铁甲”护生态

——国内最小直径TBM机在鄂北工程应用

 阳春三月,风和日煦。3月28日上午10时,随着“鄂北宝林号”TBM机旋转刀盘抵近硬岩,一块块碎石被传送带陆续运出鄂北水资源配置工程宝林隧洞洞口。这标志着国内最小直径的敞开式硬岩隧道掘进机——“鄂北宝林号”TBM掘进机正式投入生产。

当日,记者在鄂北水资源配置工程宝林隧洞内看到,钢架整齐,轨道分列,鼓风机轰鸣,长长的渣土传送带从TBM机刀盘处延伸至洞外,洞内从电气液压等后配套到支护设备和主机,一切运转井然有序。接下来的18个月里,“鄂北宝林号”TBM掘进机将如同“穿山铁甲”一般掘进于鄂北地区水资源配置工程施工难度最大的宝林隧洞内。

宝林隧洞地处湖北省广水市和大悟县交界处,全长13.84公里,是鄂北工程进度控制性工程,其施工进度关系到鄂北工程能否完成三年建成、五年通水的建设目标。鄂北地区水资源配置工程建设与管理局副局长杜受富介绍,由于宝林隧洞穿越中华山国家森林公园,地质条件复杂、埋深大、交通布置困难。如果使用常规钻爆施工法,至少要打6个支洞,不仅对中华山国家森林公园的环境造成破坏,而且施工进度慢、安全风险高,为确保工程“永久、生态、高效、廉洁”目标,最终决定采用TBM设备开挖。

“采用TBM掘进施工,施工速度是常规钻爆法的8倍至10倍,劳动力投入小,安全风险低,最重要的是可以少打3个支洞,最大程度减小对生态的破坏。”宝林隧洞项目施工方中国水电六局四分局局长赵福全说,“虽然成本较高,但它还是我们的最佳选择。”

TBM又称全断面隧道掘进机,掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业,是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备,具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点,可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工,在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中广泛应用,在湖北水利系统重大工程建设中尚属首次。

针对工程实际,中国铁建重工集团有限公司量身打造研制生产了首台国产小直径敞开式硬岩隧洞掘进机,该设备直径4米,全长290米,比一列高铁还长90米,其中刀盘重量达43吨,主梁重达90吨,总重约750吨,具有成洞速度快、质量高、安全环保等特点。2017年1月14日在湖南长沙下线,并取名“鄂北宝林号”,成为国内首台完全拥有自主知识产权的最小直径敞开式硬岩隧道掘进机。

“国内掘进机目前最小口径为4.5米,而“鄂北宝林号”直径4米,系统集成技术难度可想而知。”设备制造方、中铁重工技术总监刘绍宝介绍,“修地铁的盾构机主要在泥土中掘进,而TBM的施工对象是硬岩。这就是切菜刀和砍骨刀的区别。而要把千钧力的‘砍骨刀’藏力于刀锋,自然是尺寸越小难度越大。”

为在宝林隧洞施工中更好地保护中华山国家森林公园生态环境,“鄂北宝林号”TBM掘进机在技术上攻克了“小直径TBM系统集成”“人员物流通道布置”“通风除尘管道布置”以及“小直径刀盘联体刀箱设计”等难题,具有成洞速度快、质量高、安全环保等特点。小直径敞开式TBM掘进法,此前国内尚没有在同类小直径隧洞开挖的施工实践。“鄂北宝林号”这种小直径TBM对水利工程建设新技术、新装备、新工艺的探索实践具有示范引领作用。其在鄂北水资源配置工程中的成功应用,对于全国范围内跨流域调水工程都具有广泛的指导意义。刘绍宝介绍:“浙江朱溪水库和福建龙岩水库等有关水利项目受到鄂北工程的启发,也计划采用这种小直径TBM施工。”

文章作者:陈松平 梅雪峰责任编辑:贾茜