“體重”約4500噸，“身長”約145米，開挖直徑達(dá)16.07米的“巨人”盾構(gòu)機(jī)“運(yùn)河號”，如何進(jìn)行“體檢”?日前，記者走進(jìn)東六環(huán)改造工程東線隧道施工現(xiàn)場一探究竟。

“運(yùn)河號”盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)期間，工人更換刀盤上的刀具

刀盤磨損程度創(chuàng)奇跡

東六環(huán)改造工程南起京哈高速立交，北至潞苑北大街，路線全長約16公里，其中盾構(gòu)段是我國最長盾構(gòu)高速公路隧道，也是北京市埋深最大的地下隧道。經(jīng)過前半程的掘進(jìn)，日前盾構(gòu)機(jī)在潞陽橋側(cè)中間井?？繖z修保養(yǎng)。

沿豎井安全梯向下約38.7米，“運(yùn)河號”靜臥在軌道上，頂在最前端的巨大圓形刀盤經(jīng)過了4.77千米的掘進(jìn)，得以“重見天日”。對比剛到達(dá)中間井時(shí)混著泥漿的樣子，如今的盾構(gòu)機(jī)顯得“意氣風(fēng)發(fā)”，維修師已經(jīng)給它“洗臉”，將刀盤的泥漬等清洗干凈。中交隧道工程局有限公司東六環(huán)改造工程4標(biāo)機(jī)電部部長葉延庚告訴記者，從體檢報(bào)告來看，這臺(tái)設(shè)備“健康狀態(tài)較好”，僅需更換易損、易耗的部件，如油管、過濾器等，大部分部件僅保養(yǎng)即可。

“我們利用精密設(shè)備對面板、圓環(huán)保護(hù)刀檢查后發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)機(jī)刀盤圓環(huán)保護(hù)刀平均磨損1至2毫米，面板4米半徑外磨損最多3至5毫米，半徑內(nèi)2至3毫米，在接近中心部位幾乎達(dá)到零磨損，這對于同等掘進(jìn)距離下的超大盾構(gòu)機(jī)來說是很難實(shí)現(xiàn)的。”葉延庚進(jìn)一步解釋道，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，超大直徑盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)5公里左右，面板磨損至少要5至10毫米，圓環(huán)保護(hù)刀更是達(dá)到2厘米。“可別小看這毫厘之差，這絕對是國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機(jī)突破核心技術(shù)創(chuàng)造的又一奇跡。”

刀具更換數(shù)量少一半

施工中，盾構(gòu)機(jī)一邊轟鳴一邊憑借前端鋒利的刀具“吞石吐泥”，刀具就好像是它的“牙齒”，吃土吃多了也會(huì)有磨損。在“運(yùn)河號”直徑16.07米的圓形刀盤上，裝著600余把撕裂刀、刮刀、邊緣刮刀等合金刀。在“運(yùn)河號”始發(fā)前，中交隧道團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)根據(jù)地層和區(qū)間特點(diǎn)研究做出過這樣的預(yù)估——“首段掘進(jìn)過程中需要更換刀具400至500把左右”。“同等條件下，其他超大直徑盾構(gòu)機(jī)需要更換600把刀左右，但鑒于‘運(yùn)河號’在刀具的選型、分層布置等方面都進(jìn)行了創(chuàng)新，我們才會(huì)做出此預(yù)判。”然而，讓葉延庚為之驚喜的是：“運(yùn)河號”盾構(gòu)機(jī)最終只換了不到200把刀，比預(yù)估的一半還要少，可以說是達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

葉延庚介紹，在掘進(jìn)中常壓可更換刀具能通過常壓換刀技術(shù)對刀具進(jìn)行檢查和更換作業(yè)，但刀盤上非常壓刀具需要在中間工作井檢修更換，這也是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在此次盾構(gòu)機(jī)檢修中的重點(diǎn)工作。

光纖磨損檢測技術(shù)全球首次應(yīng)用于盾構(gòu)刀具

如何測量磨損程度?“運(yùn)河號”在掘進(jìn)過程中便應(yīng)用了液壓磨損檢測技術(shù)，通過油壓判斷磨損情況，另外還在全球范圍內(nèi)首次將光纖磨損檢測技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)刀具檢測，刀盤上設(shè)計(jì)了12處磨損檢測裝置。具體來說，就是在磨損檢測裝置的頭部嵌入光纖磨損檢測傳感器，通過傳出的光信號進(jìn)行反射光光譜數(shù)據(jù)解調(diào)，然后采集數(shù)據(jù)解析，即可計(jì)算磨損情況，由此推算出刀具的磨損量。

掘進(jìn)過程推算出來的磨損情況是否準(zhǔn)確?在此次中間井檢修時(shí)已進(jìn)一步得到了驗(yàn)證。工作人員通過3D掃描技術(shù)生成刀盤刀具實(shí)況模型并進(jìn)行測量，隨后與設(shè)計(jì)圖紙對比，發(fā)現(xiàn)得出的磨損量與應(yīng)用兩種磨損檢測技術(shù)推算出來的磨損數(shù)據(jù)對比，其誤差值在合理范圍內(nèi)。“可以說兩個(gè)技術(shù)的成功應(yīng)用，為我們在接下來的掘進(jìn)中保駕護(hù)航，這使我心中更有底氣。”葉延庚說。

經(jīng)過一番“體檢”，“運(yùn)河號”最終需在中間井更換焊接類刀具125把，其中焊接型先行刀65把。“合金刀具重量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)輒就是幾百斤，想要將刀切割拆卸下來，最快的需要3小時(shí)完成，而耗時(shí)最長的需要3班倒，每班2名焊工，花費(fèi)24小時(shí)才能切割下來。”葉延庚表示，拆卸過程復(fù)雜程度可想而知，但新刀具的換新更是“大工程”。由于檢修工期短、刀具數(shù)量多、型號不一，極大地提高了刀具定位難度。為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了數(shù)字化掃描技術(shù)對刀具進(jìn)行定位，現(xiàn)場技術(shù)人員會(huì)進(jìn)行測量復(fù)核并建立“云檢修臺(tái)賬”，形成一整套定位系統(tǒng)，以確保精準(zhǔn)度。除此之外，合金刀具的焊接工藝復(fù)雜，對環(huán)境、溫度的要求高，低溫潮濕將導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織、內(nèi)應(yīng)力和焊接裂縫，這些原因都有可能降低焊接接頭的質(zhì)量，不僅影響焊縫的相變過程，而且影響焊縫的力學(xué)性能。為解決北京此季節(jié)低溫等不利因素，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在刀盤周圍建立了臨時(shí)保溫棚，保障焊接所需環(huán)境。

葉延庚表示，雖然此前“運(yùn)河號”已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)454天，但經(jīng)測算，本次維保更換的部件小于1‰，充分體現(xiàn)了國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機(jī)的最高水平。

據(jù)了解，在二次始發(fā)前,“運(yùn)河號”還進(jìn)行了整機(jī)運(yùn)行調(diào)試和驗(yàn)收。除了項(xiàng)目部自身開展該工作外，還請?jiān)O(shè)備制造廠家評估并出具報(bào)告，確保系統(tǒng)各功能全部正常后，才能開啟剩余2.6公里隧道盾構(gòu)任務(wù)。