水下施工虽然没风没雨，但时不时会冒出(chu)“拦路虎(hu)”，啃(ken)食着(zhe)刀盘上的刀具。刀具损(sun)伤程度如何(he)？何(he)时需要(yao)更(geng)换刀具？中(zhong)交隧(sui)道(dao)工程局有限公司研发的盾构机前(qian)舱(cang)可视系统(tong)技(ji)术(shu)，让土压密封(feng)舱(cang)这(zhei)一(yi)(yi)“黑匣子”变得透明(ming)起来，而(er)这(zhei)一(yi)(yi)技(ji)术(shu)在纬三路过江(jiang)通道(dao)的成功(gong)应用，也填补了国内空白。
“盾构施(shi)工的(de)关键是刀(dao)盘，而刀(dao)具(ju)的(de)磨损是施(shi)工中(zhong)(zhong)遇到的(de)最难问题之一。”据纬三(san)路(lu)过江隧道建设(she)方介绍(shao)，该(gai)项目(mu)盾构隧道穿越(yue)(yue)地(di)层(ceng)(ceng)复(fu)(fu)杂(za)，掘进(jin)施(shi)工中(zhong)(zhong)需(xu)穿越(yue)(yue)粘土层(ceng)(ceng)、砂(sha)层(ceng)(ceng)、砂(sha)砾(li)、卵(luan)石层(ceng)(ceng)、强(qiang)中(zhong)(zhong)风化粉砂(sha)岩(yan)层(ceng)(ceng)等(deng)软(ruan)、硬地(di)层(ceng)(ceng)和各地(di)层(ceng)(ceng)组合而成的(de)上软(ruan)下硬复(fu)(fu)合地(di)层(ceng)(ceng)，共计3537米。其中(zhong)(zhong)需(xu)穿越(yue)(yue)岩(yan)层(ceng)(ceng)就有490米，对(dui)刀(dao)具(ju)的(de)损坏(huai)极(ji)为(wei)严重。
开(kai)舱(cang)，这(zhei)是最直接最可靠的(de)检(jian)(jian)查(cha)刀具的(de)方式，停机(ji)后(hou)由人工(gong)进舱(cang)逐个(ge)刀具检(jian)(jian)查(cha)。但在高(gao)水压(ya)的(de)江(jiang)底，这(zhei)样(yang)的(de)方式存(cun)在高(gao)风(feng)险，可能(neng)会造成开(kai)挖面的(de)坍塌，进而(er)影(ying)响隧道(dao)周(zhou)边建筑物的(de)安(an)全。同(tong)时(shi)，费用高(gao)，每次检(jian)(jian)查(cha)耗(hao)时(shi)都要超过7天(tian)，无疑会对纬三路过江(jiang)通道(dao)工(gong)程的(de)施(shi)工(gong)进度带来影(ying)响。
伸个(ge)摄(she)像头到刀盘(pan)里，里面的一(yi)切不(bu)就一(yi)目(mu)了然了。看似很容易，其实技术难度(du)非常大。
在专业领(ling)域使用可(ke)视(shi)(shi)化监测系统，首先得克服(fu)特(te)定的(de)使用环境下的(de)各种技术问题，比如钻(zuan)孔电视(shi)(shi)，其密封(feng)结(jie)构可(ke)承受数百米(mi)甚至数千(qian)米(mi)深的(de)水压，海(hai)底探测使用的(de)摄(she)像头必(bi)须具备耐压耐腐蚀的(de)能(neng)力(li)。同时，要(yao)将前视(shi)(shi)和(he)侧视(shi)(shi)角度对钻(zuan)孔内孔壁进行无扰动的(de)原(yuan)位(wei)摄(she)像记录并(bing)加以分析研(yan)究(jiu)，并(bing)具有全景(jing)观(guan)察和(he)实时监视(shi)(shi)的(de)能(neng)力(li)等等。
经过中交隧(sui)道局的(de)一(yi)次(ci)次(ci)研(yan)发，一(yi)个(ge)个(ge)难(nan)题的(de)攻(gong)克，盾构机前舱可视系统技术诞生，填补了国内在(zai)该领(ling)域(yu)的(de)空白(bai)。
可视化的刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)盘监(jian)测(ce)系(xi)统(tong)，分为后(hou)(hou)视系(xi)统(tong)和前(qian)视系(xi)统(tong)两(liang)个功能(neng)区(qu)。前(qian)者(zhe)具(ju)备(bei)从刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)盘后(hou)(hou)面(mian)对刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)进行拍(pai)照(zhao)(zhao)并(bing)进行图像(xiang)分析处(chu)理的能(neng)力(li)，利用专门开(kai)发(fa)的图像(xiang)处(chu)理软件对所得图像(xiang)进行分析处(chu)理，并(bing)和刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)原始(shi)照(zhao)(zhao)片比较，确(que)定刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)磨(mo)(mo)损情况，以便对需(xu)要更换的刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)进行及时处(chu)理；后(hou)(hou)者(zhe)具(ju)备(bei)从刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)盘正面(mian)、侧面(mian)摄像(xiang)拍(pai)照(zhao)(zhao)能(neng)力(li)，根据摄像(xiang)拍(pai)照(zhao)(zhao)图片直观地判断滚(gun)刀(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)磨(mo)(mo)损情况。
“该系(xi)统(tong)(tong)可(ke)以(yi)在(zai)第一(yi)时间(jian)直观地看到刀具的(de)磨损(sun)(sun)(sun)状况。刀盘上(shang)还安装了传(chuan)感(gan)器(qi)，刀盘上(shang)固定(ding)的(de)51把(ba)滚(gun)刀磨损(sun)(sun)(sun)后(hou)(hou)，传(chuan)感(gan)器(qi)会(hui)将信息反馈，隐藏在(zai)刀盘里(li)的(de)20把(ba)滚(gun)刀将自(zi)行(xing)推(tui)出，再磨损(sun)(sun)(sun)后(hou)(hou)，还有(you)18把(ba)备用滚(gun)刀可(ke)替(ti)补上(shang)阵(zhen)。如果3个批次(ci)的(de)滚(gun)刀都(dou)损(sun)(sun)(sun)坏了，工(gong)作人(ren)员可(ke)以(yi)带压(ya)进(jin)舱换刀。”中交隧道局相关负责人(ren)说，通过开发一(yi)套盾构(gou)刀具可(ke)视化监测(ce)系(xi)统(tong)(tong)，可(ke)准确(que)地确(que)定(ding)适(shi)宜的(de)换刀时间(jian)，既有(you)利于施工(gong)安排和(he)进(jin)行(xing)盾构(gou)的(de)及时停机检修与故障处理，又可(ke)把(ba)由刀具磨损(sun)(sun)(sun)造成的(de)经(jing)济和(he)时间(jian)损(sun)(sun)(sun)失降至最低。
除了盾构机前舱(cang)可(ke)视系统技术外，还创新性地采(cai)用液氮冷冻法更(geng)换盾构尾(wei)刷。
盾(dun)构(gou)(gou)尾(wei)刷(shua)焊接在盾(dun)构(gou)(gou)的(de)盾(dun)尾(wei)上，能起到防止泥土、地下水、填充(chong)浆液(ye)进入盾(dun)体的(de)作用，被誉为泥水盾(dun)构(gou)(gou)机的(de)生命线(xian)。因此，盾(dun)构(gou)(gou)机在江底掘(jue)进时，必(bi)须要保证盾(dun)构(gou)(gou)尾(wei)刷(shua)的(de)完好。但在盾(dun)构(gou)(gou)机长距离的(de)盾(dun)构(gou)(gou)中，尾(wei)刷(shua)和(he)盾(dun)构(gou)(gou)机之间(jian)长期磨损，以及(ji)盾(dun)构(gou)(gou)姿态的(de)变化，容易造成盾(dun)构(gou)(gou)尾(wei)刷(shua)破损的(de)现象(xiang)发生。尾(wei)刷(shua)破损易造成涌(yong)水、涌(yong)砂现象(xiang)，严重(zhong)影响盾(dun)构(gou)(gou)掘(jue)进。
纬三路(lu)过江通道S线在发生(sheng)盾尾渗漏时，利用液氮冷冻技术，将盾构机的(de)尾部(bu)和周围的(de)松散土质冻结为一(yi)块“大冰块”，隔绝地(di)下水，保证泥水不会通过损坏的(de)尾刷涌入隧道内部(bu)。冻结后(hou)，进行管片的(de)拆(chai)除和尾刷的(de)更换(huan)作业，这一(yi)技术取得良(liang)好(hao)的(de)效果。
