技術(shù)夠自信+設(shè)計人性化 中鐵裝備讓盾構(gòu)機成為“河南名片”

在盾構(gòu)機上喝咖啡?這并不是異想天開，而是中國工程師技術(shù)自信的體現(xiàn)。

盾構(gòu)機是現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中重要的重型裝備，在隧道等施工中可以發(fā)揮重要作用。但長期以來，盾構(gòu)機技術(shù)被國外壟斷，國內(nèi)許多重要工程需要高價從國外進口盾構(gòu)機。

直至2008年，中國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式盾構(gòu)機在河南下線。而后，中國盾構(gòu)機進入從無到有、從有到強的發(fā)展快車道，盾構(gòu)機也成了河南的一張“名片”。

2016年，他們研發(fā)出了世界首臺馬蹄形盾構(gòu)機，獲得了國際隧道領(lǐng)域的最高獎項，也被評為河南十大科技創(chuàng)新成果。

打破壟斷，造出第一臺國產(chǎn)盾構(gòu)機

“加壓測試，好，停……”2022年9月15日，中鐵工程裝備集團有限公司(簡稱“中鐵裝備”)的車間里，工作人員一邊與同事協(xié)作，一邊與海外客戶進行視頻通話。這是即將出口到土耳其的盾構(gòu)機，因為疫情原因，技術(shù)人員正在通過視頻方式給對方展示機器性能，進行線上驗收。

盾構(gòu)機是一種先進的地下隧道施工設(shè)備，學(xué)名叫全斷面隧道掘進機。它可在不影響地面狀況的條件下作業(yè)，大大提高了施工效率并降低了施工成本。此前，其核心技術(shù)長期被德國、法國、加拿大、日本等少數(shù)國家壟斷，且價格高昂。2008年，中鐵裝備聯(lián)合國內(nèi)高校、業(yè)內(nèi)專家經(jīng)過6年不懈創(chuàng)新研發(fā)，成功研制出中國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式盾構(gòu)機，填補了我國在該領(lǐng)域的一項空白。此后，中鐵裝備的盾構(gòu)機不僅在國內(nèi)各大工程中發(fā)揮了巨大作用，還出口到韓國、法國、意大利、以色列等國。數(shù)據(jù)顯示，到2021年底，中鐵裝備盾構(gòu)機產(chǎn)銷量已連續(xù)5年世界第一。

世界之最的盾構(gòu)機，攻克多個難題

從無到有、從有到精，國內(nèi)盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)踏上了研發(fā)的快車道。2016年底，中鐵裝備成功研發(fā)了世界首臺馬蹄形盾構(gòu)機——蒙華號，填補了世界馬蹄形盾構(gòu)機的空白。這個家伙，最近還入選了河南十大科技創(chuàng)新成果。

為啥要研發(fā)馬蹄形盾構(gòu)機?因為鐵路、多車道公路、雙線地鐵等隧道的橫切面其實就是一個馬蹄形(即上面圓，下面寬大扁平)。相比傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)機，馬蹄形盾構(gòu)機施工完畢后，隧道底面平整，不用二次回填，隧道空間利用率提升15%。相比傳統(tǒng)施工法，施工效率提升5倍。

從圓形變換為馬蹄形，看似簡單，其中要克服諸多技術(shù)難題，并且這屬于世界空白領(lǐng)域。此外，由于馬蹄形盾構(gòu)機形狀特殊，相較以往圓形盾構(gòu)機只需保持掘進中軸線不偏移來說，還需要保證不發(fā)生“旋轉(zhuǎn)”偏移。最終，科研人員實現(xiàn)了讓1300噸的大家伙的作業(yè)誤差在±10mm之內(nèi)。

“攻關(guān)期間，加班到11點是家常便飯，有時候白天一直沒想明白的技術(shù)難題，晚上睡覺前還會一直想，突然有靈感了，就趕緊起來記下來。”參與馬蹄形盾構(gòu)機研發(fā)的中鐵裝備掘進機研究院特種裝備分院工程師董艷萍說。

人性化設(shè)計盾構(gòu)機上還能喝咖啡

在大部分人的印象中，山嶺隧道施工肯定噪音刺耳、粉塵充斥、氣味熏鼻，甚至還夾雜著爆破的火藥味。

然而，在馬蹄形盾構(gòu)機開挖時，工人不僅可以坐在空調(diào)間里操作盾構(gòu)機，甚至還能從容地喝著“盾構(gòu)咖啡”。

“在隧道中作業(yè)，工程技術(shù)人員壓力大，因此我們在馬蹄形盾構(gòu)機上為他們留出了休息平臺，打造了‘盾構(gòu)咖啡’文化。他們在這里可以喝咖啡、看圖紙，在更輕松的環(huán)境下討論技術(shù)問題。”掘進機研究院院長賀飛向頂端新聞·河南商報記者介紹。

頂端新聞·河南商報記者在視頻資料上看到，馬蹄形盾構(gòu)機的后部約3層樓的位置有一個開放平臺，擺著幾張桌子，平臺頂部是已經(jīng)鋪設(shè)好的管片。這里就是工程人員體驗“盾構(gòu)咖啡”的地方。這些看似不起眼的小細節(jié)，都展現(xiàn)著我國盾構(gòu)技術(shù)的巨大進步和自信。

2018年度國際隧道協(xié)會(ITA)工程獎項揭曉，由中鐵裝備自主研制的世界首臺馬蹄形盾構(gòu)機施工的白城隧道榮獲“國際隧道協(xié)會2018年度技術(shù)創(chuàng)新項目獎”。

國際隧道協(xié)會(ITA)成立于1974年，總部設(shè)在瑞士洛桑，是世界上具有影響力的學(xué)術(shù)組織之一。從2015年開始，ITA每年組織一次國際杰出工程和技術(shù)評選活動。這個獎項是國際隧道界最高獎，也被譽為隧道裝備領(lǐng)域的奧斯卡獎。

目標(biāo)

將努力擴展應(yīng)用場景提升產(chǎn)品智能化

在國內(nèi)，行業(yè)內(nèi)將用于軟土地層的隧道掘進機稱為盾構(gòu)機，將用于巖石等硬地層的稱為TBM(硬巖掘進機)。中鐵裝備不僅在盾構(gòu)機領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位，在TBM領(lǐng)域也在不斷突破。

“以前我們是站在巨人的肩膀上，如今我們已經(jīng)進入了局部技術(shù)研發(fā)‘無人區(qū)’。”賀飛說。2022年8月，國內(nèi)首臺大傾角斜井TBM“中鐵1158號”在中鐵裝備順利下線。這是國內(nèi)首臺大傾角(39度向上)斜井TBM，也是應(yīng)用于39度及以上坡度的世界最大直徑TBM(直徑7.23米)。它將應(yīng)用于河南省裝機容量最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河南洛寧抽水蓄能電站引水斜井工程，填補相關(guān)施工建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)空白，為推動抽水蓄能電站工程建設(shè)模式轉(zhuǎn)型升級注入新動力。

中鐵裝備設(shè)計研發(fā)團隊歷時兩年時間進行設(shè)計研發(fā)，對上百個風(fēng)險源進行排查，對32個系統(tǒng)作了重大調(diào)整及重新設(shè)計，首次搭載可有效防止千噸級設(shè)備下溜的雙重防溜車(ABS)、尾部自動安全門、大傾角有軌物料運輸?shù)葎?chuàng)新技術(shù)。

在賀飛看來，未來隧道掘進機領(lǐng)域?qū)⒊驍U展應(yīng)用場景、提升產(chǎn)品智能化、提升應(yīng)對極端環(huán)境能力、核心部件國產(chǎn)化、設(shè)備體型兩極化等方向發(fā)展。(頂端新聞·河南商報首席記者郭丁然/文受訪者供圖)

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