国产盾构机在实现了由无到有的突破,要继续实现由有到强、跻身世界前列

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中铁装备相关负责人介绍,全断面隧道掘进机按照应用地质条件不同分为硬岩掘进机土压平衡盾构机泥水平衡盾构机

国内习惯把后两种简称为“盾构机”。该类设备被称为“工程机械之王”,集机械、电气、液压、传感、信息、力学、导向研究等技术于一体。一台盾构机动辄几层楼高,重几千吨,零部件上万个,仅控制系统就有2000多个控制点。

中铁工程装备集团首席专家、副总经理王杜娟告诉记者,过去地下隧道曾是很多重大工程施工的难点,传统开凿掘进依靠打风钻、放炮、刨石渣等方法,安全性和效率都很低下。

为了加快基础设施建设,20世纪90年代,我国耗资7亿元从国外进口了两台硬岩掘进机,用于西康铁路秦岭隧道建设。但这些进口机器不仅售价高昂,后续服务费用更高。

王杜娟和同事们的心底萌发出梦想:一定要造中国人自己的盾构机!随后她和同事们反复调研、反复尝试,一遍遍地推倒重来……2008年4月,终于成功研制出我国第一台拥有自主知识产权的复合土压平衡盾构机。样机随后被应用到天津地铁项目,不仅掘进速度快,还把地表沉降控制到了3毫米以内。首战告捷之后,这台功勋盾构机被正式命名为“中铁一号”。国产盾构机在实现了由无到有的突破,要继续实现由有到强、跻身世界前列

国产盾构机在实现了由无到有的突破后,要继续实现由有到强、跻身世界前列,则离不开技术的持续创新。

在智能化产品创新方面,传统的隧道掘进机施工作业是横着挖,但在例如掘井作业时,则需要隧道掘进机竖着挖。为了满足竖着挖的需求,中铁装备又进行了十年的科研攻关。

“我们何不把全断面隧道掘进机的理念应用到竖井掘进机中,开发新产品、开拓新门类。”2012年12月,时任中铁装备党委书记、董事长的李建斌在一次内部的技术研讨会上说。经过分析研讨,参会人员立即开始准备全断面硬岩竖井掘进机的研发工作。

为设计出少人、无人、机械化、智能化施工的竖井掘进机,研发人员亲下690米深的竖井,对出渣技术、推进技术、远程控制技术逐一攻关。

终于,在2021年,中铁装备潜心10年研发制造的全断面硬岩竖井掘进机成功运用,攻克了千米竖井掘进的世界难题,首次实现了“打井不下井,智能掘进”的理念。

当下,中铁装备正在积极布局智能盾构机和未来掘进机,面向产业技术发展前沿,开展激光、水射流等新型破岩技术、换刀机器人和无人值守智能掘进技术的储备研究,先后获得了国家科技进步一等奖、二等奖,制造业单项冠军示范企业,中国好设计金奖、银奖,中国专利金奖等荣誉。2020年,中铁装备成功入选首批“科改示范企业”。

中铁装备质量管理部负责人王劲松告诉记者,掘进机地下施工环境差、安全风险大,对设备要求高,如何控制好产品质量是生产企业面临的首要问题。中铁装备注重细节把控,聚焦产品质量升级,推行精益化生产,实施质量一票否决制、工序实名制和三级检验制,全面保障产品品质。

随着近年来中铁装备不断攀登掘进机技术高峰,产品和服务受到国际市场的广泛认可。

2021年,由中国制造的硬岩掘进机“高加索号”在格鲁吉亚公路隧道正式掘进,该设备直径达15.08米,总重量3900吨,完全采用中国设计、中国标准,由中方独立制造,在长距离、大埋深条件下具有高效掘进能力。这台设备刷新了世界硬岩掘进机开挖直径纪录,也是中铁装备服务全球地下工程建设的有力见证。

近几年,中铁装备生产的隧道掘进机正成为“一带一路”新国货。2015年,中铁装备一次性中标以色列特拉维夫地铁多台盾构机;2018年中标意大利、丹麦哥本哈根项目进入欧洲;2019年成功出口法国,用于巴黎地铁项目;2020年,出口波兰泥水盾构机……

今年上半年,中铁装备积极克服疫情影响,抢抓机遇、攻坚克难,全力以赴推动各项经济指标高效落实,新签合同额同比增长58%,实现逆势上扬。截至目前,累计订单超过1400台,出口30多个国家和地区。

目前公司产品广泛应用于国外铁路、公路、地铁、水利、矿山等多个施工领域,为数百个隧道和地下工程提供产品、服务和综合解决方案。相关装备产销量已经连续五年位居世界前列。

盾构机基本工作原理

在开挖土体的同时,圆柱形钢构件沿隧道轴线向前推进。筒体组件的壳体为盾构,临时支撑开挖的无衬砌隧道段,承受周围土层的压力,有时还承受地下水压力,将地下水挡在外面。开挖、倾倒、衬砌等作业均在盾构掩护下进行。

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