白城隧道 澎湃新闻记者 姚晓岚 图
作为我国西北风沙地区黄土软质隧道，白城隧道具有土质松软、施工安全风险性大等特点，白城隧道位于陕西省靖边县，为浩吉铁路（浩勒报吉至吉安铁路）沿线隧道。全长3345米，为时速120公里的单洞双线电气化铁路隧道，最大埋深81米，最小埋深7米。因地处毛乌素沙漠与黄土高原过渡带，土质极其松软，围岩等级达到Ⅴ、Ⅵ级，如果使用传统矿山法施工，施工工艺复杂多样、安全风险极大。为解决白城隧道施工难题，“大断面马蹄形的土压平衡盾构方法”首次应用于此。
白城隧道全景图 中铁四局供图
9月17日，中国铁设隧道负责人夏勇在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者采访时介绍，本着在蒙华铁路推广机械化应用以及解决白城隧道传统矿山法施工存在的安全风险问题，白城隧道施工工法由传统矿山法调整为马蹄形盾构法施工，这是我国铁路山岭隧道首次采用盾构法施工，也是马蹄形盾构法在铁路上的首次应用，
2015年开工之初，由中国铁设、中铁装备联合对白城隧道马蹄形盾构施工方案和施工工艺进行了方案研究，解决了马蹄形盾构刀盘掘进、管片构造和拼装、始发方案等众多难题，并由蒙华公司组织隧道专家进行了多次论证，确定了方案的可行性。
谈及盾构法的优点，他表示，盾构法与传统矿山法相比具有施工安全、质量可控、施工进度快、作业环境好等优点，但传统盾构法一般采用圆形断面，存在隧道断面轨下空间过大、空间利用率低的问题，而白城隧道马蹄形盾构通过盾构刀盘工装的创新、管片结构拼装的创新、管片机械吊装创新等解决了该问题，通过马蹄形盾构机开挖出来的隧道断面与设计预想断面完全一致，解决了开挖圬工方浪费的问题，节约了工程投资，也为今后其他工程特殊断面采用盾构施工提供了借鉴意义。由此白城隧道马蹄形盾构还获得了隧道界“奥斯卡”奖——国际隧道协会2018年度技术创新项目奖。
世界首台大断面马蹄形盾构 中铁四局供图
那么，大断面马蹄形盾构机具有哪些施工亮点？9月17日，中铁四局该项目段经理王江红在接受澎湃新闻记者采访时介绍，其具有八大亮点：
一是研发了九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式，实现了多刀盘联合开挖。
二是研制了具有七个动作的马蹄形多曲率管片拼装机，实现了马蹄形管片高效、精确安装。
三是明洞反力结构+套拱始发技术，节省了反力架、竖井、始发端墙和负环施做及拆除的费用。
四是新型快凝同步注浆技术，解决了马蹄形盾构管片椭变及上浮的难题。
五是圆锥形分碴器解决了盲区掘进困难问题。
六是长距离皮带机出渣技术提高了渣土运输效率。
七是防滚转及纠偏技术确保隧道成型尺寸及线型符合要求。
八是翼墙式洞门和明洞结构解决了盾构机到达时边仰坡稳定问题。
王江红表示，此次的项目安全成功穿越高速公路、多处管线和高压电塔，与圆形单刀盘盾构相比，节约盾构制造费用近9600万元。采用马蹄形盾构相较于传统分部开挖法，减少约15%的开挖量，相较于圆形盾构，减少开挖量约6.8%，因而减少了大量能量消耗。此外，据统计，盾构机单日最高掘进10环，2017年3月创月掘进308.8 米记录，提高工效近8-10倍，并先后成功穿越天然气管道、供水管线、包茂高速公路、风积砂层等重大风险地带。
值得注意的是，白城隧道还实现了在隧道里喝咖啡。与往常隧道的施工环境不同，在白城隧道施工现场，噪音、污水、粉尘等较差的隧道施工环境全都没有了，取而代之的是干净整洁的工作环境，并打造出国内首个“隧道咖啡屋”。由于在白城隧道，所有施工人员都在盾构机操作平台作业，掘进、出渣、注浆、支护都是机器自动完成，施工人员只需操作按钮、使用电动扳手拧上管片螺栓，操作安全轻松，隧道质量可靠。
国内首个隧道咖啡屋 中铁四局供图
用于白城隧道的“马蹄形盾构机”刀盘高10.95米、宽11.9米，盾体采用梭式结构，双螺旋输送机出土。刀盘采用九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式,可进行全断面切削；刀盘布置采用“前后错开，左右对称”的原则，九个刀盘既可同时转动，也可单个转动、任意组合转动、不同方向转动，有调试、掘进、维保等三种模式可供选择；当盾构机发生滚转时，可通过多个刀盘同向转动使盾构获得反方向的扭矩，以达到滚转纠偏的目的。“较之传统盾构机，异形盾构机不仅是断面的“变形”，更实现了工法、技术的“变形”。
中铁高新工业总经理谭顺辉表示，马蹄形盾构设备的成功研制将形成具有我国自主知识产权的超大断面马蹄形盾构设计和施工技术，实现异形盾构装备的自主化和智能化，为我国高端设备进军国际市场提供强有力的工程示范。
浩吉铁路全长1813.5公里，是世界上一次性建成并开通运营里程最长的铁路，北起内蒙古鄂尔多斯市境内的浩勒报吉南站，途经内蒙古、陕西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省区，终到京九铁路吉安站。线路设计时速120公里，为国铁Ⅰ级电气化铁路，其中陶利庙南至坪田段为双线铁路，其余为单线铁路，预留双线条件。开通初期开办车站77座，规划年运输能力2亿吨以上。
