水(shui)下(xia)施工虽(sui)然没风没雨(yu)，但时不时会冒出“拦路(lu)虎”，啃食着刀(dao)(dao)盘上(shang)的刀(dao)(dao)具。刀(dao)(dao)具损伤程度如何？何时需(xu)要更换刀(dao)(dao)具？中(zhong)交(jiao)隧道工程局(ju)有限公(gong)司(si)研发的盾(dun)构机前舱可(ke)视系统(tong)技术(shu)，让(rang)土压密(mi)封(feng)舱这一“黑(hei)匣子(zi)”变得透明起来，而这一技术(shu)在纬三(san)路(lu)过江通道的成功(gong)应用，也填(tian)补了国内空(kong)白。
“盾(dun)构(gou)施(shi)工的(de)关键(jian)是刀(dao)盘，而(er)(er)刀(dao)具(ju)(ju)的(de)磨损(sun)是施(shi)工中(zhong)遇(yu)到的(de)最难问题之一。”据纬三路过江隧(sui)道建设方介绍，该项(xiang)目盾(dun)构(gou)隧(sui)道穿越地(di)层(ceng)复杂，掘进(jin)施(shi)工中(zhong)需穿越粘土层(ceng)、砂层(ceng)、砂砾(li)、卵石层(ceng)、强中(zhong)风(feng)化粉砂岩(yan)(yan)层(ceng)等(deng)软(ruan)、硬地(di)层(ceng)和各(ge)地(di)层(ceng)组合而(er)(er)成的(de)上软(ruan)下硬复合地(di)层(ceng)，共计3537米(mi)。其(qi)中(zhong)需穿越岩(yan)(yan)层(ceng)就有490米(mi)，对(dui)刀(dao)具(ju)(ju)的(de)损(sun)坏极为严重。
开舱(cang)，这(zhei)是最直接最可靠的检查刀(dao)具(ju)的方式，停机(ji)后由人工进(jin)舱(cang)逐个(ge)刀(dao)具(ju)检查。但在(zai)高(gao)水压的江底，这(zhei)样的方式存在(zai)高(gao)风险，可能会(hui)造成开挖面的坍塌(ta)，进(jin)而影响隧道(dao)周(zhou)边建筑物的安全。同时，费用高(gao)，每次(ci)检查耗时都要(yao)超过7天，无疑(yi)会(hui)对纬三路过江通道(dao)工程的施工进(jin)度带来影响。
伸个摄像头到刀盘(pan)里，里面的一(yi)切(qie)不就一(yi)目了然了。看似很容易，其(qi)实技(ji)术难度非常大(da)。
在专业领域使(shi)用可(ke)视(shi)化监测(ce)系统，首(shou)先(xian)得克服特(te)定(ding)的(de)使(shi)用环(huan)境下的(de)各种技术问题(ti)，比如钻(zuan)孔电视(shi)，其密封(feng)结构(gou)可(ke)承受数(shu)百米甚至(zhi)数(shu)千(qian)米深的(de)水压，海底探测(ce)使(shi)用的(de)摄像头必须(xu)具备(bei)耐压耐腐蚀的(de)能(neng)(neng)力(li)。同时，要(yao)将前视(shi)和(he)侧(ce)视(shi)角度对钻(zuan)孔内孔壁(bi)进(jin)行无扰动的(de)原位摄像记录并(bing)(bing)加(jia)以分析研究，并(bing)(bing)具有全景观察和(he)实时监视(shi)的(de)能(neng)(neng)力(li)等等。
经过(guo)中交隧道局的一次次研发，一个(ge)(ge)个(ge)(ge)难(nan)题的攻克，盾构(gou)机前舱可视系(xi)统技术诞生，填补了国内(nei)在(zai)该领域(yu)的空白。
可视化的刀(dao)(dao)具刀(dao)(dao)盘(pan)监测(ce)系(xi)统(tong)，分(fen)为(wei)后视系(xi)统(tong)和前视系(xi)统(tong)两个功能区。前者具备(bei)从刀(dao)(dao)盘(pan)后面(mian)对刀(dao)(dao)具进(jin)(jin)行(xing)拍照(zhao)并进(jin)(jin)行(xing)图(tu)(tu)像分(fen)析处(chu)理(li)(li)的能力(li)，利用专门开发的图(tu)(tu)像处(chu)理(li)(li)软件对所(suo)得图(tu)(tu)像进(jin)(jin)行(xing)分(fen)析处(chu)理(li)(li)，并和刀(dao)(dao)具原始(shi)照(zhao)片比较，确定刀(dao)(dao)具磨损情(qing)况，以(yi)便对需(xu)要(yao)更换的刀(dao)(dao)具进(jin)(jin)行(xing)及时处(chu)理(li)(li)；后者具备(bei)从刀(dao)(dao)盘(pan)正面(mian)、侧(ce)面(mian)摄像拍照(zhao)能力(li)，根据摄像拍照(zhao)图(tu)(tu)片直观地判断滚刀(dao)(dao)磨损情(qing)况。
“该系统可(ke)以在(zai)第一(yi)时间(jian)直(zhi)观(guan)地看到刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)的(de)磨(mo)损(sun)状(zhuang)况。刀(dao)(dao)(dao)(dao)盘上(shang)(shang)还安(an)装了传(chuan)感器，刀(dao)(dao)(dao)(dao)盘上(shang)(shang)固(gu)定的(de)51把滚(gun)刀(dao)(dao)(dao)(dao)磨(mo)损(sun)后(hou)，传(chuan)感器会将(jiang)信息(xi)反馈，隐藏在(zai)刀(dao)(dao)(dao)(dao)盘里的(de)20把滚(gun)刀(dao)(dao)(dao)(dao)将(jiang)自行(xing)(xing)推出，再磨(mo)损(sun)后(hou)，还有(you)18把备用滚(gun)刀(dao)(dao)(dao)(dao)可(ke)替补上(shang)(shang)阵。如果3个(ge)批次的(de)滚(gun)刀(dao)(dao)(dao)(dao)都损(sun)坏了，工(gong)作人员(yuan)可(ke)以带压(ya)进舱换刀(dao)(dao)(dao)(dao)。”中交隧道局相关负(fu)责人说，通过(guo)开发一(yi)套(tao)盾构刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)可(ke)视化监(jian)测系统，可(ke)准确地确定适宜的(de)换刀(dao)(dao)(dao)(dao)时间(jian)，既有(you)利于施工(gong)安(an)排(pai)和进行(xing)(xing)盾构的(de)及时停机(ji)检修与故障处(chu)理，又可(ke)把由刀(dao)(dao)(dao)(dao)具(ju)磨(mo)损(sun)造(zao)成的(de)经济(ji)和时间(jian)损(sun)失降至最低(di)。
除了盾构机前舱(cang)可视系统技术(shu)外，还创新性地采用液氮(dan)冷冻法更(geng)换盾构尾刷。
盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)尾(wei)刷焊接在(zai)(zai)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)的(de)(de)盾(dun)(dun)(dun)尾(wei)上(shang)，能起到防止泥土、地下水、填充浆液进(jin)入盾(dun)(dun)(dun)体的(de)(de)作用，被誉为(wei)泥水盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)机的(de)(de)生命线。因此，盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)机在(zai)(zai)江底掘进(jin)时，必(bi)须(xu)要保证(zheng)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)尾(wei)刷的(de)(de)完好。但在(zai)(zai)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)机长(zhang)距离的(de)(de)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)中，尾(wei)刷和(he)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)机之(zhi)间长(zhang)期磨损(sun)(sun)，以及盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)姿态的(de)(de)变(bian)化，容易(yi)造成(cheng)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)尾(wei)刷破(po)损(sun)(sun)的(de)(de)现象(xiang)发生。尾(wei)刷破(po)损(sun)(sun)易(yi)造成(cheng)涌(yong)水、涌(yong)砂现象(xiang)，严重影响(xiang)盾(dun)(dun)(dun)构(gou)(gou)掘进(jin)。
纬三(san)路过江通道(dao)S线(xian)在(zai)发生盾(dun)尾(wei)渗漏(lou)时，利用(yong)液氮冷冻(dong)技术(shu)，将盾(dun)构(gou)机(ji)的(de)(de)尾(wei)部和周围的(de)(de)松散(san)土质冻(dong)结(jie)为一块“大冰块”，隔绝地下水(shui)，保(bao)证泥(ni)水(shui)不会通过损坏的(de)(de)尾(wei)刷(shua)涌(yong)入隧道(dao)内部。冻(dong)结(jie)后，进行管片的(de)(de)拆(chai)除和尾(wei)刷(shua)的(de)(de)更换作业，这一技术(shu)取得良好的(de)(de)效果(guo)。
