盾构机是专门在地底进行施工作业的工程机械设备，它的刀盘就是直接工作部位，然而，由于地底黑暗，并且随时可能会有岩石等特殊东西对刀盘造成特殊伤害，因此，施工中有时候会不得不停下工程进度来看看刀具的磨损程度。如果能够在土压密封舱这一“黑匣子”里装上“眼睛”，那该有多好！如今这一设想已经成为了现实。

      “盾构施工的关键是刀盘，而刀具的磨损是施工中遇到的最难问题之一。”刀具损伤程度如何？何时需要更换刀具？中交隧道工程局有限公司研发的盾构机前舱可视系统技术，让土压密封舱这一“黑匣子”变得透明起来，而这一技术在纬三路过江通道的成功应用，也填补了国内空白。

      据纬三路过江隧道建设方介绍，该项目盾构隧道穿越地层复杂，掘进施工中需穿越粘土层、砂层、砂砾、卵石层、强中风化粉砂岩层等软、硬地层和各地层组合而成的上软下硬复合地层，共计3537米。其中需穿越岩层就有490米，对刀具的损坏极为严重。

      开舱，这是最直接最可靠的检查刀具的方式，停机后由人工进舱逐个刀具检查。但在高水压的江底，这样的方式存在高风险，可能会造成开挖面的坍塌，进而影响隧道周边建筑物的安全。同时，费用高，每次检查耗时都要超过7天，无疑会对纬三路过江通道工程的施工进度带来影响。

      伸个摄像头到刀盘里，里面的一切不就一目了然了。看似很容易，其实技术难度非常大。

      在专业领域使用可视化监测系统，首先得克服特定的使用环境下的各种技术问题，比如钻孔电视，其密封结构可承受数百米甚至数千米深的水压，海底探测使用的摄像头必须具备耐压耐腐蚀的能力。同时，要将前视和侧视角度对钻孔内孔壁进行无扰动的原位摄像记录并加以分析研究，并具有全景观察和实时监视的能力等等。

      经过中交隧道局的一次次研发，一个个难题的攻克，盾构机前舱可视系统技术诞生，填补了国内在该领域的空白。

      可视化的刀具刀盘监测系统，分为后视系统和前视系统两个功能区。前者具备从刀盘后面对刀具进行拍照并进行图像分析处理的能力，利用专门开发的图像处理软件对所得图像进行分析处理，并和刀具原始照片比较，确定刀具磨损情况，以便对需要更换的刀具进行及时处理；后者具备从刀盘正面、侧面摄像拍照能力，根据摄像拍照图片直观地判断滚刀磨损情况。

      “该系统可以在第一时间直观地看到刀具的磨损状况。刀盘上还安装了传感器，刀盘上固定的51把滚刀磨损后，传感器会将信息反馈，隐藏在刀盘里的20把滚刀将自行推出，再磨损后，还有18把备用滚刀可替补上阵。如果3个批次的滚刀都损坏了，工作人员可以带压进舱换刀。”中交隧道局相关负责人说，通过开发一套盾构刀具可视化监测系统，可准确地确定适宜的换刀时间，既有利于施工安排和进行盾构的及时停机检修与故障处理，又可把由刀具磨损造成的经济和时间损失降至最低。

      除了盾构机前舱可视系统技术外，还创新性地采用液氮冷冻法更换盾构尾刷。

      盾构尾刷焊接在盾构的盾尾上，能起到防止泥土、地下水、填充浆液进入盾体的作用，被誉为泥水盾构机的生命线。因此，盾构机在江底掘进时，必须要保证盾构尾刷的完好。但在盾构机长距离的盾构中，尾刷和盾构机之间长期磨损，以及盾构姿态的变化，容易造成盾构尾刷破损的现象发生。尾刷破损易造成涌水、涌砂现象，严重影响盾构掘进。

      纬三路过江通道S线在发生盾尾渗漏时，利用液氮冷冻技术，将盾构机的尾部和周围的松散土质冻结为一块“大冰块”，隔绝地下水，保证泥水不会通过损坏的尾刷涌入隧道内部。冻结后，进行管片的拆除和尾刷的更换作业，这一技术取得良好的效果。 

      随着人们对盾构机功能以及不足之处的摸索，相信该设备也会越加完善起来，帮助人们实现更多美好梦想的建设。