11月18日，中鐵工業(yè)旗下中鐵裝備研制的全球首臺(tái)原位可變徑盾構(gòu)機(jī)“變徑一號(hào)”，在芳白城際廣州火車站至白云站區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱廣白區(qū)間）盾構(gòu)井順利始發(fā)，標(biāo)志著原位可變徑盾構(gòu)這一新技術(shù)首次在軌道交通建設(shè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用。

“變徑一號(hào)”將從廣白區(qū)間盾構(gòu)井始發(fā)后，由北往南向廣州火車站方向掘進(jìn)，抵達(dá)廣州火車站并完成站臺(tái)層掘進(jìn)。該施工項(xiàng)目位于國鐵廣州火車站站城改造范圍內(nèi)，車站面臨無地面施工條件的挑戰(zhàn)。

可變徑盾構(gòu)機(jī)作為全新的施工裝備，實(shí)現(xiàn)了區(qū)間隧道、車站隧道的一體化建造，解決傳統(tǒng)工法中帶來的地面開挖、施工間斷和場(chǎng)地占用問題，尤其適合建筑物密集、交通繁忙、征拆困難的城市核心區(qū)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“小創(chuàng)面、低影響、微干擾”的綠色建造。

突破傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)固有模式

攻克站隧一體建設(shè)難題

城市軌道交通車站建設(shè)通常以明挖、暗挖工法為主，區(qū)間隧道需獨(dú)立建造，這種分離式施工過程環(huán)境擾動(dòng)大、資源集約程度低、施工周期較長。尤其在空間受限、環(huán)境敏感的城市核心區(qū)域，這些痛點(diǎn)難點(diǎn)問題尤為突出。該設(shè)備突破了盾構(gòu)機(jī)“一生一徑”的固有模式，一舉攻克了軌道交通區(qū)間隧道、車站隧道一體化建造的世界難題，為全球地下空間開拓提供了全新的“中國方案”。

“變徑一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)能夠自由調(diào)節(jié)盾構(gòu)機(jī)直徑，創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)“一站兩隧、連續(xù)成型”施工，即盾構(gòu)機(jī)先以小直徑掘進(jìn)區(qū)間隧道，到達(dá)車站位置后原位“擴(kuò)徑”開挖出更寬的車站站臺(tái)層隧道，完成車站段施工后再“縮徑”，繼續(xù)向下一區(qū)間掘進(jìn)，無需中途拆機(jī)或增設(shè)工作井。

集成三大核心功能

填補(bǔ)國內(nèi)外行業(yè)空白

“變徑一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)相較于普通盾構(gòu)機(jī)的顛覆性突破，在于同時(shí)高效實(shí)現(xiàn)了原位變徑、連續(xù)變徑和大尺寸變徑等功能，各項(xiàng)技術(shù)均屬國際首創(chuàng)：

原位變徑——盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中在既定位置直接改變開挖直徑，避免提前開挖工作井或人工擴(kuò)大盾構(gòu)機(jī)的開挖面進(jìn)行變徑，極大地拓寬了設(shè)備的適用范圍，打破既有變徑設(shè)備僅能實(shí)現(xiàn)非原位變徑的局限。

連續(xù)變徑——盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑可實(shí)現(xiàn)“小變大、大變小”的無級(jí)調(diào)節(jié)。使用小直徑掘進(jìn)區(qū)間隧道，達(dá)到車站位置后，直接無級(jí)變徑擴(kuò)大盾構(gòu)機(jī)刀盤，從而實(shí)現(xiàn)車站大尺寸隧道的擴(kuò)挖，完成車站隧道掘進(jìn)后，再縮小直徑開挖下一區(qū)間。這種連續(xù)的直徑轉(zhuǎn)換，無需人工進(jìn)行刀盤改造，在世界范圍內(nèi)未有先例。

大尺寸變徑——“變徑一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)可實(shí)現(xiàn)8.83米至12.45米范圍的大尺寸變徑，變徑過程中開挖面積擴(kuò)大約98%，變徑前后隧道成型（內(nèi)徑）面積擴(kuò)大約89%，極大滿足了車站隧道的空間需求。

采用多項(xiàng)自主科技創(chuàng)新技術(shù)

為打造出這臺(tái)具備全球領(lǐng)先“變形”能力的超級(jí)裝備，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克了多項(xiàng)世界性難題，集成多項(xiàng)自主創(chuàng)新技術(shù)。

多刀梁同步伸縮——針對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤擴(kuò)徑過程中刀盤動(dòng)態(tài)負(fù)載大、擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)等難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制出負(fù)載能力強(qiáng)、同時(shí)適應(yīng)土層、巖層等多種地層的大尺寸多刀梁同步伸縮連續(xù)擴(kuò)挖刀盤。為保障刀盤變徑技術(shù)的可靠性，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過足尺試驗(yàn)臺(tái)架驗(yàn)證、工廠試驗(yàn)驗(yàn)證、工程示范驗(yàn)證等多種方式，全面驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)的可靠性。

狹小空間重載變徑拼裝——面對(duì)地下變徑空間狹小、盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過程中承載壓力大、盾構(gòu)管片成型精度低等難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出適用于狹小空間的重載變徑構(gòu)建拼裝機(jī)器人，既可以快速拼裝盾構(gòu)機(jī)封閉環(huán)等支護(hù)組件，形成穩(wěn)定的開挖環(huán)境，還可以快速拼裝盾構(gòu)機(jī)擴(kuò)徑組件，實(shí)現(xiàn)狹小空間內(nèi)盾體快速精準(zhǔn)擴(kuò)徑及縮徑。

系統(tǒng)集成與智能控制——通過對(duì)刀盤變徑、盾體變徑、空間防護(hù)及動(dòng)力匹配等關(guān)鍵系統(tǒng)的深度優(yōu)化與集成創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)裝備掘進(jìn)性能與能源消耗的協(xié)同智能控制，全面提升“變徑一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)整機(jī)工作的可靠性、安全性與先進(jìn)性。

“變徑一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)的成功研制，是我國隧道工程裝備領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，不僅大幅提升施工效率、降低周邊影響和綜合成本，也為全球地下工程提供了一種綠色、安全、集約、高效的新型建造方案，標(biāo)志著我國在軌道交通綠色智能建造領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步，助力我國由“建造大國”向“建造強(qiáng)國”穩(wěn)步邁進(jìn)。

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執(zhí)行主編丨李元、沈蘇

責(zé)任編輯丨薛巧蕊、張藝池（工業(yè)）

內(nèi)容來源丨中鐵工業(yè)

中國中鐵融媒體中心

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