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“钻地龙” 的“绣花功夫”
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| 视频解析“钻地龙” 的“绣花功夫” |
■本报记者 赵广立
图片来源：谷歌图片
价值4个亿，从上海运输到浙江萧山，光路费开销就1000多万元。什么设备这么大手笔？不是别的，正是大名鼎鼎的超级“钻地龙”、直径15.43米的泥水混合式盾构机。世界直径最大的上海三车道长江隧道、连接杭州萧山区和嘉兴海宁市钱江隧道都有赖于这个大家伙的钻地之术。
别以为这只巨无霸体型庞大就只能“干点粗活儿”，实际上，它的工序比绣花还精细。在上海长江隧道工程中，近5层楼高的盾构机在水文、地质条件复杂的长江底，一次“走”完7.5公里，贯通整条隧道的高程误差小于2厘米，水平误差不超过2.7厘米，创造了世界之最。
但“钻地龙”如此高超的钻地术是如何施展的？一般公众恐怕并不知晓。而沈阳科学宫展示的盾构机科普视频，则将这个大家伙的工作原理解释得一清二楚。
“绣花”掘进
视频中首先介绍了“钻地龙”由机头和其后的三节车架构成，总长度为132米。机头刀盘由15个电动马达驱动，装机功率达到3750千瓦——以保证开口率超过15米的巨大刀盘能够适用于复杂的地质环境。
旋转的刀盘在液压千斤顶推动下前进。挖掘隧道工作面的石料，并通过排泥端运出石料。高速的运转空间，要求运输卡车必须按照精确的时间和次序来运作。
机头后面是用来起吊、安装管片的拼装机。管片拼装机要完成的“拼环”任务，就是“绣花的功夫”——管片安装位置须精确到毫米，真正堪称毫厘不差。在安装过程中，液压千斤顶也精确地回缩和启动：在安装管片时临时回缩，以便为新的管片提供足够的空间；安装完毕后，千斤顶启动并对管片定位，最后完成螺栓连接。
据了解，上海长江隧道共由4000多环2米宽的混凝土环组成，每环隧道则由10块楔形管片拼装而成。为保证每一环都能拼成一个完美正圆，10块管片的大小、形状均不完全一样，宽度控制在1.98米到2.02米之间，制作误差小于0.5毫米。
此外，工程人员事先会在盾构机上安装各种传感器，施工时，边“走”边看边校正。在三维轴线控制系统的严密“督战”下，巨无霸的行走路线几近笔直。
巨无霸“钻地龙”正是按照这样设计精密、循序渐进的工作流程、掘进，拼环，再掘进。
地下“换牙”
在掘进的进程中，钻地龙要“啃”开江底的岩石沙砾，时间一久，就要“换牙”。
盾构机刀具更换是一项艰巨的任务。这只庞然大物由于采用了刀具磨损自动、实时检测和控制机器人自动换刀技术，从而让更换刀具变得容易得多。
盾构机的每一列刀头都配有成熟的传感器感应系统，刀片一旦达到相应的磨损程度，系统将发出信号——精准的感应系统替代了成本昂贵的例行检查，解决了刀具更换的第一个难题。
在盾构机内部，有3个“人闸”用于工人通过维护作业，其中中心人闸连接至刀盘内部，并且可以移动。
更换刀具时，安全轴会自动去除和更换螺栓。安全轴取下螺栓后，刀闸自动回缩，将磨损刀具退出机头，此时，安全轴和刀闸提供必要的支撑，并关闭闸门；闸门关闭后过压减小，此时工作人员控制刀具吊装系统，取走磨损的刀具，并安装新刀具。此后安全轴再次插入，新刀具最终被安装到位，完成“换牙”。
科普视频用简洁明快的动画将复杂的盾构机原理介绍给大众，正成为科研成果科普化的一种方向。
《中国科学报》 (2014-01-03 第11版 纵览)
https://wap.sciencenet.cn/blog-1208826-755686.html
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