白城隧道 澎湃新聞記者 姚曉嵐 圖
作為我國西北風沙地區黃土軟質隧道，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。
談及盾構法的優點，他表示，盾構法與傳統礦山法相比具有施工安全、質量可控、施工進度快、作業環境好等優點，但傳統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新、管片結構拼裝的創新、管片機械吊裝創新等解決了該問題，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——國際隧道協會2018年度技術創新項目獎。
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：
一是研發了九個小刀盤共同組成一個馬蹄形斷面的創新組合方式，實現了多刀盤聯合開挖。
二是研制了具有七個動作的馬蹄形多曲率管片拼裝機，實現了馬蹄形管片高效、精確安裝。
三是明洞反力結構+套拱始發技術，節省了反力架、豎井、始發端墻和負環施做及拆除的費用。
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，節約盾構制造費用近9600萬元。采用馬蹄形盾構相較于傳統分部開挖法，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，據統計，盾構機單日最高掘進10環，2017年3月創月掘進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，白城隧道還實現了在隧道里喝咖啡。與往常隧道的施工環境不同，在白城隧道施工現場，噪音、污水、粉塵等較差的隧道施工環境全都沒有了，取而代之的是干凈整潔的工作環境，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，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。“較之傳統盾構機，異形盾構機不僅是斷面的“變形”，更實現了工法、技術的“變形”。
中鐵高新工業總經理譚順輝表示，馬蹄形盾構設備的成功研制將形成具有我國自主知識產權的超大斷面馬蹄形盾構設計和施工技術，實現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，途經內蒙古、陜西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省區，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，規劃年運輸能力2億噸以上。
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