白城隧道 澎湃新聞記者 姚曉嵐 圖
作為我國西北風沙地區(qū)黃土軟質隧道，白城隧道具有土質松軟、施工安全風險性大等特點，白城隧道位于陜西省靖邊縣，為浩吉鐵路（浩勒報吉至吉安鐵路）沿線隧道。全長3345米，為時速120公里的單洞雙線電氣化鐵路隧道，最大埋深81米，最小埋深7米。因地處毛烏素沙漠與黃土高原過渡帶，土質極其松軟，圍巖等級達到Ⅴ、Ⅵ級，如果使用傳統(tǒng)礦山法施工，施工工藝復雜多樣、安全風險極大。為解決白城隧道施工難題，“大斷面馬蹄形的土壓平衡盾構方法”首次應用于此。
白城隧道全景圖 中鐵四局供圖
9月17日，中國鐵設隧道負責人夏勇在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者采訪時介紹，本著在蒙華鐵路推廣機械化應用以及解決白城隧道傳統(tǒng)礦山法施工存在的安全風險問題，白城隧道施工工法由傳統(tǒng)礦山法調整為馬蹄形盾構法施工，這是我國鐵路山嶺隧道首次采用盾構法施工，也是馬蹄形盾構法在鐵路上的首次應用，
2015年開工之初，由中國鐵設、中鐵裝備聯(lián)合對白城隧道馬蹄形盾構施工方案和施工工藝進行了方案研究，解決了馬蹄形盾構刀盤掘進、管片構造和拼裝、始發(fā)方案等眾多難題，并由蒙華公司組織隧道專家進行了多次論證，確定了方案的可行性。
談及盾構法的優(yōu)點，他表示，盾構法與傳統(tǒng)礦山法相比具有施工安全、質量可控、施工進度快、作業(yè)環(huán)境好等優(yōu)點，但傳統(tǒng)盾構法一般采用圓形斷面，存在隧道斷面軌下空間過大、空間利用率低的問題，而白城隧道馬蹄形盾構通過盾構刀盤工裝的創(chuàng)新、管片結構拼裝的創(chuàng)新、管片機械吊裝創(chuàng)新等解決了該問題，通過馬蹄形盾構機開挖出來的隧道斷面與設計預想斷面完全一致，解決了開挖圬工方浪費的問題，節(jié)約了工程投資，也為今后其他工程特殊斷面采用盾構施工提供了借鑒意義。由此白城隧道馬蹄形盾構還獲得了隧道界“奧斯卡”獎——國際隧道協(xié)會2018年度技術創(chuàng)新項目獎。
世界首臺大斷面馬蹄形盾構 中鐵四局供圖
那么，大斷面馬蹄形盾構機具有哪些施工亮點？9月17日，中鐵四局該項目段經(jīng)理王江紅在接受澎湃新聞記者采訪時介紹，其具有八大亮點：
一是研發(fā)了九個小刀盤共同組成一個馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式，實現(xiàn)了多刀盤聯(lián)合開挖。
二是研制了具有七個動作的馬蹄形多曲率管片拼裝機，實現(xiàn)了馬蹄形管片高效、精確安裝。
三是明洞反力結構+套拱始發(fā)技術，節(jié)省了反力架、豎井、始發(fā)端墻和負環(huán)施做及拆除的費用。
四是新型快凝同步注漿技術，解決了馬蹄形盾構管片橢變及上浮的難題。
五是圓錐形分碴器解決了盲區(qū)掘進困難問題。
六是長距離皮帶機出渣技術提高了渣土運輸效率。
七是防滾轉及糾偏技術確保隧道成型尺寸及線型符合要求。
八是翼墻式洞門和明洞結構解決了盾構機到達時邊仰坡穩(wěn)定問題。
王江紅表示，此次的項目安全成功穿越高速公路、多處管線和高壓電塔，與圓形單刀盤盾構相比，節(jié)約盾構制造費用近9600萬元。采用馬蹄形盾構相較于傳統(tǒng)分部開挖法，減少約15%的開挖量，相較于圓形盾構，減少開挖量約6.8%，因而減少了大量能量消耗。此外，據(jù)統(tǒng)計，盾構機單日最高掘進10環(huán)，2017年3月創(chuàng)月掘進308.8 米記錄，提高工效近8-10倍，并先后成功穿越天然氣管道、供水管線、包茂高速公路、風積砂層等重大風險地帶。
值得注意的是，白城隧道還實現(xiàn)了在隧道里喝咖啡。與往常隧道的施工環(huán)境不同，在白城隧道施工現(xiàn)場，噪音、污水、粉塵等較差的隧道施工環(huán)境全都沒有了，取而代之的是干凈整潔的工作環(huán)境，并打造出國內首個“隧道咖啡屋”。由于在白城隧道，所有施工人員都在盾構機操作平臺作業(yè)，掘進、出渣、注漿、支護都是機器自動完成，施工人員只需操作按鈕、使用電動扳手擰上管片螺栓，操作安全輕松，隧道質量可靠。
國內首個隧道咖啡屋 中鐵四局供圖
用于白城隧道的“馬蹄形盾構機”刀盤高10.95米、寬11.9米，盾體采用梭式結構，雙螺旋輸送機出土。刀盤采用九個小刀盤共同組成一個馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式,可進行全斷面切削；刀盤布置采用“前后錯開，左右對稱”的原則，九個刀盤既可同時轉動，也可單個轉動、任意組合轉動、不同方向轉動，有調試、掘進、維保等三種模式可供選擇；當盾構機發(fā)生滾轉時，可通過多個刀盤同向轉動使盾構獲得反方向的扭矩，以達到滾轉糾偏的目的。“較之傳統(tǒng)盾構機，異形盾構機不僅是斷面的“變形”，更實現(xiàn)了工法、技術的“變形”。
中鐵高新工業(yè)總經(jīng)理譚順輝表示，馬蹄形盾構設備的成功研制將形成具有我國自主知識產(chǎn)權的超大斷面馬蹄形盾構設計和施工技術，實現(xiàn)異形盾構裝備的自主化和智能化，為我國高端設備進軍國際市場提供強有力的工程示范。
浩吉鐵路全長1813.5公里，是世界上一次性建成并開通運營里程最長的鐵路，北起內蒙古鄂爾多斯市境內的浩勒報吉南站，途經(jīng)內蒙古、陜西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省區(qū)，終到京九鐵路吉安站。線路設計時速120公里，為國鐵Ⅰ級電氣化鐵路，其中陶利廟南至坪田段為雙線鐵路，其余為單線鐵路，預留雙線條件。開通初期開辦車站77座，規(guī)劃年運輸能力2億噸以上。
