金秋十月，“湖南制造”传来喜讯。10月31日，我国自主研制、最大开挖直径达16.64米的超大直径盾构机“江海号”在中国铁建重工集团下线。
湖南制造业持续上演超越自我的故事。2020年9月27日，最大开挖直径达16.07米“京华号”盾构机在铁建重工下线年后，铁建重工一举刷新自己创下的纪录。
14米及以上直径盾构机被业界称为超大直径盾构机，是当之无愧的大国重器。从16.07米到16.64米，重器更“大”的背后，有何玄机?
“直径虽然只增加了0.5米多，但带来的挑战不小。”中国铁建重工集团掘进机研究设计院高级工程师范瑞强说。
16.64米的超大直径意味着盾构机刀盘开挖所需扭矩大，主驱动轴承负载更大。“江海号”在国内首次使用8.6米主轴承，具有更高承载能力和更长常规使用的寿命，达到“大马拉小车”的效果。
在掘进过程中，盾构机主驱动不能更换，一旦出问题，就只能在地下“趴窝”。以前，盾构机刀盘震动带来的冲击负载对主轴承有没有造成损坏是不可预知的，刀盘是否结泥饼影响出渣等情况，也需要作业人员在带压状态下去前舱进行观察。
“为了避免主轴承过载，我们为主驱动配置了伸缩功能与监测系统。”范瑞强介绍。可伸缩式摄像装置进行360度旋转和上下俯仰拍摄，随时观察开挖断面状态;监测系统全面监控主驱动工作状态，可发现轴承负载、小颗粒损坏等问题，并及时进行调整。
“江海号”将用于海太长江隧道施工，这是目前世界最长公路水下盾构隧道。中铁十四局海太长江隧道项目总工程师游少强表示，在9315米超长距离独头掘进中，盾构机需要面对75米的最大埋深、7.5巴的超高水压，还有未知地质状况和水汽腐蚀、砂石磨损等挑战和考验。比如，7.5巴高水压相当于在指甲盖这么大的面积上，要承受7.5公斤的压力。如果设计不足，这么大的压力会造成盾壳变形，甚至把盾构机击穿。
据了解，“江海号”的制造仅用时10个月，但在前面一年多时间里，研发团队对刀盘、刀具、主驱动、泥浆环流等核心部件进行技术储备、专项研究，逐一解决各种难题，确保施工的高效与安全。
“江海号”在穿越长江及两岸大堤时，沉降要求控制在1厘米之内，施工难度大。然而，盾构施工要穿越淤泥质粉质黏土、粉细砂复合地层等复杂地质带。黏土和细砂混合在一起，加上淤泥，盾构机极易“糊刀盘”。
研制团队“双管齐下”，同时加大刀盘的冲刷力与开口率，配置高压力、大流量的中心冲刷系统及刀盘结泥饼预警系统，有效判别和降低刀盘结泥饼风险，提高底部排渣效率。
“这次采用的新型管片连接构件智能拼装系统也是国内首次使用。”范瑞强介绍。以前，盾构机管片拼装主要是采用螺栓连接，这次运用新型的楔块构件，实现轴向挤压、纵向拉紧，让管片之间结合得更紧密，达到更好的密封效果。
范瑞强说，看似一项很小的创新技术，但在专门做机器人的行业企业都做不了的情况下，团队想方设法，用了半年时间一遍又一遍做试验、再改进，才终于找到最佳解决方案。
“相比‘京华号’‘江海号’应用更新的第四代同步注双液浆技术，增加了检测功能，可以同步观测到注浆效果。”范瑞强表示。
“盾构机控制的难度不在操作，而在决策。”范瑞强介绍，通过采集大量的设备正常运行数据，研发团队建立了数据库，为盾构机装上智能化辅助系统。盾构机驾驶员呼喊“小铁、小铁”，就能够获得掘进参数、故障处理等参考建议。
中国铁建重工集团负责这个的人说，“江海号”的成功下线米级超大直径盾构机研制和应用领域实现新跨越，已形成超大直径盾构机全产业链产业化发展能力。
