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大党丨强国必需强军,军强才能国安,【国产最大直径土压平衡盾构机下线 地下蛟龙完美逆袭】

国产最大直径土压平衡盾构机下线 “地下蛟龙”完美逆袭

我国研制的具有完全自主知识产权的最大直径土压平衡盾构机“锦绣号”近日下线,因其刀盘涂装是一只怀抱嫩竹的大熊猫,被网友称为“最萌大国重器”“kw5夫熊猫”。

盾构机,即使用盾构kw5的全断面隧道掘进机,与敞开式施工kw5相对,在掘进的同时构建隧道之“盾”(支撑管kw5),是当前主流的隧道施工机械,多用于地铁和高铁建设,有“工程机械之王”“地下蛟龙”“吃土神器”之称。

十几年前,我国在这一领域还受制于人,完全依赖进口。如今,我们完美逆袭。不过,作为这款盾构机的总设计师,kw5铁建重工kw5股份有限kw5掘进机研究设计院“85后”kw5钟晴却并没有因创造了新的纪录而“松一口气”。这几天,他一边忙着协调验收,确保“锦绣号”零问题发运;一边忙着总结整理,因为在他心里,“盾构机的研发仍任重而道远,最多的还是沉甸甸责任”。

“锦绣号”到底有多大,有哪些特点,如何工作?我国在盾构机研制上又是如何实现逆袭的?记者带您一起探访——

刷新纪录:开挖直径12.79米,长135米体积约是大火箭“胖五”的15倍

“锦绣号”有多高?“如果‘躺’着放,大约四层楼高,12.79米。”面对记者的询问,钟晴形象地说。

据介绍,盾构机这种重型机械是可以一次完成隧道施工的“吃土神器”,集传感、液压、信息技术、机kw5技术于一体,具有隧道开挖、出渣、衬砌、导向等kw5能。通常情况下,以盾构直径(由刀盘直径决定)来区分大小。这也就意味着,这台“吃土神器”开过后,将形成一个直径为12.79米的隧道,可容纳两辆高铁并行。

“锦绣号”不仅高,而且长达135米、重达3000吨。用钟晴的话说,如果把它竖起来,大概有45层楼那么高。与“腰围”直径5米、“身高”57米的大火箭“胖五”相比,体积约是“胖五”的15倍。

同样是由铁建重工研制,去年9月下线、前不久在kw5东六环改造工程开启地下穿越之旅的“京华号”,最大开挖直径达16.07米、整机长150米、总重达4300吨,也被称为国产最大直径盾构机。与国产最大直径土压平衡盾构机“锦绣号”相比,这两个“最大”到底有何区别?

原来,盾构机主要应用于开挖面不能自稳的软土及复合地层,分为土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机及双模式盾构机kw5类。泥水平衡盾构机以泥浆为主要介质平衡隧道开挖面地层压力,通过泥浆输送系统出渣,适用于富水高压和地面沉降要求高的隧道施工;土压平衡盾构机则以渣土为主要介质平衡隧道开挖面地层压力,通过螺旋输送机出渣,适用于从粘土、砂土至软硬不均复合地层;双模式盾构机具备两种掘进机模式。

“京华号”是泥水平衡盾构机,而“锦绣号”则是土压平衡盾构机。也就是说,他们分别是各自类别中超大直径盾构机(12米及以上直径的盾构机)的“佼佼者”,为国内长大隧道施工提供了有力保障。

据了解,通常情况下,用于地铁隧道建设的盾构机开挖直径较小,而高铁因为速度快,对隧道直径有着较高的需求。“而且如果盾构机开挖直径够大,便可实现‘单洞双线’,不仅利用率高,在经济造价上也更加划算。”钟晴告诉记者,这也是他们革新技术、攻坚克难,一次又一次创造新的纪录的动力所在。

不过,如此庞然大物,在工作时需要的人并不多。“通常情况下一个班组8至10人便可搞定,操控室仅需一人。”钟晴说,操控室就相当于车辆的驾驶室,里面有多块屏幕,可实时显示盾构机的运kw5况,操作台上还有好几排按钮,用于手动控制盾构机姿态。

杨博文是“京华号”的“司机”。据他介绍,盾构机自动化的“智慧大脑”能够精准地把误差控制在厘米级,他们驾驶员所做的工作,就是要时刻观察运行姿态,一旦自动kw5出现问题,就立刻介入进行手动校准。

量身打造:采用高承压能力的聚氨酯密封技术可承受10巴水土压力,相当于5个成年人站在一个鸡蛋上

“锦绣号”盾构机如同一列火车,以喷涂了“大熊猫”的刀盘为先导,采用八辐臂重型刀盘,配置19寸刀具。后面长长的“车厢”被称为台车,布置着主驱动、螺旋输送机等。

“刀盘就相当于人的嘴,刀具就相当于有一口好牙,‘牙齿’内里分工明确,滚刀破岩,切刀吃土。这些土会进入俗称的‘土仓’,然后通过螺旋输送机排出。”钟晴告诉记者,倘若将隧道内掘出的全部土壤平铺在足球场上,可铺15层楼那么高。

而这台盾构机之所以刀盘涂装采用熊猫图案、取名“锦绣号”,皆因其即将服务的工程是四川首条时速350公里的高速铁路成自高铁的锦绣隧道。

据了解,一般情况下,每台盾构机的制备均由使用单位下单、研制单位根据工程情况为其量身打造。

以“锦绣号”为例。锦绣隧道为成自高铁关键节点工程,隧道全长3.65公里,盾构区间有2.62公里,且地理环境较为复杂,依次下穿城市主干道和机动车检测站,沿线地面为成都市繁华地带,建构物和既有的铁路分布密集,有一定建设难度。

“盾构机穿越的地层主要为泥岩,这也是这个工程的难点。”钟晴说,掘进时,这样的地层条件极易造成刀盘结泥饼和主机扭转。

对此,平均年龄约30岁的年轻团队对“锦绣号”盾构机进行了针对性设计:八辐臂复合式重型刀盘可极大提高kw5的结构稳定性和耐磨性,是应对长距离掘进的“重要kw5宝”;采用单管单路高压水喷射管路,以及增大刀盘中心的开口区域,加强冲洗,有效预防渣土淤积;盾体的底部还加焊高强度合金耐磨条,提高主机防扭能力。

除此之外,隧道还有一个特点是“深浅不一”——最小覆土厚度不足8米、最大埋深约60米。

据中铁十四局成自高铁锦绣隧道kw5盾构掘进负责人李港介绍,为了应对覆土浅等复杂情况,“锦绣号”盾构机增设23个超前注浆孔、28个径向注入口,可加强预先对周围土体注浆加固,径向注入支撑介质,有效控制地面沉降,确保地面建筑不受影响。而面对隧道超大埋深带来的极高水土压力,“锦绣号”采用高承压能力的聚氨酯密封技术,可承受隧道超大埋深带来的极高水土压力——10巴水土压力,相当于5个成年人站在一个鸡蛋上。

具体作业时,“锦绣号”可同时完成开挖、出渣、衬砌、导向等工序,在掘进过程中实现隧道主体结构一次成型。它并不是24小时都在掘进,而是每向前掘进1.8米,就要停下来“休息”一下。这个时候,便会启动管kw5拼装环节,9块管kw5拼装形成一个完整的圆环。管kw5被放到指定位置后,盾构机的油缸会立马压上,给管kw5以巨大的推力,这是这个“巨无霸”的力量之源。

“刀具以及密封类、油脂类材料等是易损耗材料。”钟晴说,每掘进两kw5百米,工作人员都会对刀具等开展一次检查,如有损坏及时更换,确保作业质效。

完美逆袭:从依赖进口到自主研发目前国产盾构机已占据国内九成、全球六成以上市场

7月12日,由kw5铁建自主研发生产的11米级大直径盾构机“胜利号”在莫斯科完成首条隧道贯通任务。

这一消息让钟晴和同事们都很高兴。

这是中企在欧洲首个大直径盾构kw5的首条隧道贯通,而“胜利号”也是目前kw5出口欧洲的最大直径盾构机。

“现在我们不仅可以实现盾构机所有零部件的完全自主知识产权,而且还走向了kw5,实现了完美逆袭,我们发自心底地感到kw5。”钟晴告诉记者。

据了解,上kw580年kw5末,国内修建隧道仍主要依靠人工钻爆,不仅耗时耗力,还会遇到塌方、水淹等危险。到了90年kw5,kw5、上海、广州等大城市开始大规模建设地铁,对新型机械装备的需求急剧增加。当时,国内使用的盾构机全部依赖进口,对方要价“高得离谱”。机器坏了,请国外kw5来kw5,不仅要求从出发起就开始计算劳务、“漫天要价”,而且kw5时不允许kw5人站在跟前。

“我们大家都憋着一口气,想在国产盾构机上冲出名堂来。”2021年,我国研发kw5出第一台具有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机——kw5中铁1号,突破国外核心技术封锁。经过十多年的探索和研发,kw5盾构技术渐渐走在了kw5前列。

记者听到这样一个故事:1997年,我国斥资6亿多元kw5kw5德国维尔特kw5两台敞开式隧道掘进机,用于西康铁路秦岭隧道建设。16年后的2021年,国内企业反过来kw5了德国维尔特kw5硬岩掘进机及竖井钻机的知识产权和品牌使用权。

全球首台煤矿斜井双模式掘进机、全球首台永磁kw5机驱动盾构机……如今,在盾构机领域,“kw5kw5”已成为响当当的品牌,不仅满足了90%的国内市场需求,同时大规模开拓国际市场,占据全球六成以上市场份额。铁建重工等地下工程装备企业,研制了诸多类型kw5,攻克了多项“卡脖子”技术,完成了技术从跟跑到部分领跑、市场份额从配角到主角的历史性转变。“锦绣号”的问世,更是进一步巩固了国产隧道掘进技术装备的自主可控能力。

本报记者 王珍

(编辑:苑菁菁)

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