國產(chǎn)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)下線 地下蛟龍完美逆襲
國產(chǎn)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)下線 “地下蛟龍”完美逆襲
我國研制的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)“錦繡號(hào)”近日下線，因其刀盤涂裝是一只懷抱嫩竹的大熊貓，被網(wǎng)友稱為“最萌大國重器”“功夫熊貓”。
盾構(gòu)機(jī)，即使用盾構(gòu)法的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，與敞開式施工法相對(duì)，在掘進(jìn)的同時(shí)構(gòu)建隧道之“盾”(支撐管片)，是當(dāng)前主流的隧道施工機(jī)械，多用于地鐵和高鐵建設(shè)，有“工程機(jī)械之王”“地下蛟龍”“吃土神器”之稱。
十幾年前，我國在這一領(lǐng)域還受制于人，完全依賴進(jìn)口。如今，我們完美逆襲。不過，作為這款盾構(gòu)機(jī)的總設(shè)計(jì)師，中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司掘進(jìn)機(jī)研究設(shè)計(jì)院“85后”工程師鐘晴卻并沒有因創(chuàng)造了新的紀(jì)錄而“松一口氣”。這幾天，他一邊忙著協(xié)調(diào)驗(yàn)收，確�！板\繡號(hào)”零問題發(fā)運(yùn)；一邊忙著總結(jié)整理，因?yàn)樵谒睦�，“盾�?gòu)機(jī)的研發(fā)仍任重而道遠(yuǎn)，最多的還是沉甸甸責(zé)任”。
“錦繡號(hào)”到底有多大，有哪些特點(diǎn)，如何工作？我國在盾構(gòu)機(jī)研制上又是如何實(shí)現(xiàn)逆襲的？記者帶您一起探訪——
刷新紀(jì)錄：開挖直徑12.79米，長(zhǎng)135米體積約是大火箭“胖五”的15倍
“錦繡號(hào)”有多高？“如果‘躺’著放，大約四層樓高，12.79米�！泵鎸�(duì)記者的詢問，鐘晴形象地說。
據(jù)介紹，盾構(gòu)機(jī)這種重型機(jī)械是可以一次完成隧道施工的“吃土神器”，集傳感、液壓、信息技術(shù)、機(jī)電技術(shù)于一體，具有隧道開挖、出渣、襯砌、導(dǎo)向等功能。通常情況下，以盾構(gòu)直徑(由刀盤直徑?jīng)Q定)來區(qū)分大小。這也就意味著，這臺(tái)“吃土神器”開過后，將形成一個(gè)直徑為12.79米的隧道，可容納兩輛高鐵并行。
“錦繡號(hào)”不僅高，而且長(zhǎng)達(dá)135米、重達(dá)3000噸。用鐘晴的話說，如果把它豎起來，大概有45層樓那么高。與“腰圍”直徑5米、“身高”57米的大火箭“胖五”相比，體積約是“胖五”的15倍。
同樣是由鐵建重工研制，去年9月下線、前不久在北京東六環(huán)改造工程開啟地下穿越之旅的“京華號(hào)”，最大開挖直徑達(dá)16.07米、整機(jī)長(zhǎng)150米、總重達(dá)4300噸，也被稱為國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機(jī)。與國產(chǎn)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)“錦繡號(hào)”相比，這兩個(gè)“最大”到底有何區(qū)別？
原來，盾構(gòu)機(jī)主要應(yīng)用于開挖面不能自穩(wěn)的軟土及復(fù)合地層，分為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)及雙模式盾構(gòu)機(jī)三類。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)以泥漿為主要介質(zhì)平衡隧道開挖面地層壓力，通過泥漿輸送系統(tǒng)出渣，適用于富水高壓和地面沉降要求高的隧道施工；土壓平衡盾構(gòu)機(jī)則以渣土為主要介質(zhì)平衡隧道開挖面地層壓力，通過螺旋輸送機(jī)出渣，適用于從粘土、砂土至軟硬不均復(fù)合地層；雙模式盾構(gòu)機(jī)具備兩種掘進(jìn)機(jī)模式。
“京華號(hào)”是泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，而“錦繡號(hào)”則是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。也就是說，他們分別是各自類別中超大直徑盾構(gòu)機(jī)(12米及以上直徑的盾構(gòu)機(jī))的“佼佼者”，為國內(nèi)長(zhǎng)大隧道施工提供了有力保障。
據(jù)了解，通常情況下，用于地鐵隧道建設(shè)的盾構(gòu)機(jī)開挖直徑較小，而高鐵因?yàn)樗俣瓤�，�?duì)隧道直徑有著較高的需求�！岸胰绻軜�(gòu)機(jī)開挖直徑夠大，便可實(shí)現(xiàn)‘單洞雙線’，不僅利用率高，在經(jīng)濟(jì)造價(jià)上也更加劃算。”鐘晴告訴記者，這也是他們革新技術(shù)、攻堅(jiān)克難，一次又一次創(chuàng)造新的紀(jì)錄的動(dòng)力所在。
不過，如此龐然大物，在工作時(shí)需要的人并不多�！巴ǔＧ闆r下一個(gè)班組8至10人便可搞定，操控室僅需一人�！辩娗缯f，操控室就相當(dāng)于車輛的駕駛室，里面有多塊屏幕，可實(shí)時(shí)顯示盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行情況，操作臺(tái)上還有好幾排按鈕，用于手動(dòng)控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。
楊博文是“京華號(hào)”的“司機(jī)”。據(jù)他介紹，盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)化的“智慧大腦”能夠精準(zhǔn)地把誤差控制在厘米級(jí)，他們駕駛員所做的工作，就是要時(shí)刻觀察運(yùn)行姿態(tài)，一旦自動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)問題，就立刻介入進(jìn)行手動(dòng)校準(zhǔn)。
量身打造：采用高承壓能力的聚氨酯密封技術(shù)可承受10巴水土壓力，相當(dāng)于5個(gè)成年人站在一個(gè)雞蛋上
“錦繡號(hào)”盾構(gòu)機(jī)如同一列火車，以噴涂了“大熊貓”的刀盤為先導(dǎo)，采用八輻臂重型刀盤，配置19寸刀具。后面長(zhǎng)長(zhǎng)的“車廂”被稱為臺(tái)車，布置著主驅(qū)動(dòng)、螺旋輸送機(jī)等。
“刀盤就相當(dāng)于人的嘴，刀具就相當(dāng)于有一口好牙，‘牙齒’內(nèi)里分工明確，滾刀破巖，切刀吃土。這些土?xí)M(jìn)入俗稱的‘土倉’，然后通過螺旋輸送機(jī)排出�！辩娗绺嬖V記者，倘若將隧道內(nèi)掘出的全部土壤平鋪在足球場(chǎng)上，可鋪15層樓那么高。
而這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)之所以刀盤涂裝采用熊貓圖案、取名“錦繡號(hào)”，皆因其即將服務(wù)的工程是四川首條時(shí)速350公里的高速鐵路成自高鐵的錦繡隧道。
據(jù)了解，一般情況下，每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的制備均由使用單位下單、研制單位根據(jù)工程情況為其量身打造。
以“錦繡號(hào)”為例。錦繡隧道為成自高鐵關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，隧道全長(zhǎng)3.65公里，盾構(gòu)區(qū)間有2.62公里，且地理環(huán)境較為復(fù)雜，依次下穿城市主干道和機(jī)動(dòng)車檢測(cè)站，沿線地面為成都市繁華地帶，建構(gòu)物和既有的鐵路分布密集，有一定建設(shè)難度。
“盾構(gòu)機(jī)穿越的地層主要為泥巖，這也是這個(gè)工程的難點(diǎn)�！辩娗缯f，掘進(jìn)時(shí)，這樣的地層條件極易造成刀盤結(jié)泥餅和主機(jī)扭轉(zhuǎn)。
對(duì)此，平均年齡約30歲的年輕團(tuán)隊(duì)對(duì)“錦繡號(hào)”盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)：八輻臂復(fù)合式重型刀盤可極大提高設(shè)備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐磨性，是應(yīng)對(duì)長(zhǎng)距離掘進(jìn)的“重要法寶”；采用單管單路高壓水噴射管路，以及增大刀盤中心的開口區(qū)域，加強(qiáng)沖洗，有效預(yù)防渣土淤積；盾體的底部還加焊高強(qiáng)度合金耐磨條，提高主機(jī)防扭能力。
除此之外，隧道還有一個(gè)特點(diǎn)是“深淺不一”——最小覆土厚度不足8米、最大埋深約60米。
據(jù)中鐵十四局成自高鐵錦繡隧道項(xiàng)目盾構(gòu)掘進(jìn)負(fù)責(zé)人李港介紹，為了應(yīng)對(duì)覆土淺等復(fù)雜情況，“錦繡號(hào)”盾構(gòu)機(jī)增設(shè)23個(gè)超前注漿孔、28個(gè)徑向注入口，可加強(qiáng)預(yù)先對(duì)周圍土體注漿加固，徑向注入支撐介質(zhì)，有效控制地面沉降，確保地面建筑不受影響。而面對(duì)隧道超大埋深帶來的極高水土壓力，“錦繡號(hào)”采用高承壓能力的聚氨酯密封技術(shù)，可承受隧道超大埋深帶來的極高水土壓力——10巴水土壓力，相當(dāng)于5個(gè)成年人站在一個(gè)雞蛋上。
具體作業(yè)時(shí)，“錦繡號(hào)”可同時(shí)完成開挖、出渣、襯砌、導(dǎo)向等工序，在掘進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)隧道主體結(jié)構(gòu)一次成型。它并不是24小時(shí)都在掘進(jìn)，而是每向前掘進(jìn)1.8米，就要停下來“休息”一下。這個(gè)時(shí)候，便會(huì)啟動(dòng)管片拼裝環(huán)節(jié)，9塊管片拼裝形成一個(gè)完整的圓環(huán)。管片被放到指定位置后，盾構(gòu)機(jī)的油缸會(huì)立馬壓上，給管片以巨大的推力，這是這個(gè)“巨無霸”的力量之源。
“刀具以及密封類、油脂類材料等是易損耗材料�！辩娗缯f，每掘進(jìn)兩三百米，工作人員都會(huì)對(duì)刀具等開展一次檢查，如有損壞及時(shí)更換，確保作業(yè)質(zhì)效。
完美逆襲：從依賴進(jìn)口到自主研發(fā)目前國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)已占據(jù)國內(nèi)九成、全球六成以上市場(chǎng)
7月12日，由中國鐵建自主研發(fā)生產(chǎn)的11米級(jí)大直徑盾構(gòu)機(jī)“勝利號(hào)”在莫斯科完成首條隧道貫通任務(wù)。
這一消息讓鐘晴和同事們都很高興。
這是中企在歐洲首個(gè)大直徑盾構(gòu)項(xiàng)目的首條隧道貫通，而“勝利號(hào)”也是目前中國出口歐洲的最大直徑盾構(gòu)機(jī)。
“現(xiàn)在我們不僅可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)所有零部件的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且還走向了世界，實(shí)現(xiàn)了完美逆襲，我們發(fā)自心底地感到開心。”鐘晴告訴記者。
據(jù)了解，上世紀(jì)80年代末，國內(nèi)修建隧道仍主要依靠人工鉆爆，不僅耗時(shí)耗力，還會(huì)遇到塌方、水淹等危險(xiǎn)。到了90年代，北京、上海、廣州等大城市開始大規(guī)模建設(shè)地鐵，對(duì)新型機(jī)械裝備的需求急劇增加。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)使用的盾構(gòu)機(jī)全部依賴進(jìn)口，對(duì)方要價(jià)“高得離譜”。機(jī)器壞了，請(qǐng)國外工程師來維修，不僅要求從出發(fā)起就開始計(jì)算勞務(wù)、“漫天要價(jià)”，而且維修時(shí)不允許中國人站在跟前。
“我們大家都憋著一口氣，想在國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)上沖出名堂來�！�2008年，我國研發(fā)制造出第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)——中國中鐵1號(hào)，突破國外核心技術(shù)封鎖。經(jīng)過十多年的探索和研發(fā)，中國盾構(gòu)技術(shù)漸漸走在了世界前列。
記者聽到這樣一個(gè)故事：1997年，我國斥資6億多元購買德國維爾特公司兩臺(tái)敞開式隧道掘進(jìn)機(jī)，用于西康鐵路秦嶺隧道建設(shè)。16年后的2013年，國內(nèi)企業(yè)反過來收購了德國維爾特公司硬巖掘進(jìn)機(jī)及豎井鉆機(jī)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和品牌使用權(quán)。
全球首臺(tái)煤礦斜井雙模式掘進(jìn)機(jī)、全球首臺(tái)永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)機(jī)……如今，在盾構(gòu)機(jī)領(lǐng)域，“中國制造”已成為響當(dāng)當(dāng)?shù)钠放�，不僅滿足了90%的國內(nèi)市場(chǎng)需求，同時(shí)大規(guī)模開拓國際市場(chǎng)，占據(jù)全球六成以上市場(chǎng)份額。鐵建重工等地下工程裝備企業(yè)，研制了諸多類型產(chǎn)品，攻克了多項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)，完成了技術(shù)從跟跑到部分領(lǐng)跑、市場(chǎng)份額從配角到主角的歷史性轉(zhuǎn)變�！板\繡號(hào)”的問世，更是進(jìn)一步鞏固了國產(chǎn)隧道掘進(jìn)技術(shù)裝備的自主可控能力。
本報(bào)記者 王珍
