“地下蛟龙”领跑记:国产盾构机成为中国制造亮丽名片

发布日期:2021-09-26 21:18   来源:未知   

  近日,记者走进北京东六环入地改造项目(以下简称北京东六环项目)现场,我国迄今研制的最大直径盾构机“京华号”正在这里作业。中铁十四局的建设者操纵着它,在地面30米以下,开挖一条长7.4公里的隧道,同时也检验着我国自主研发盾构机性能和施工技术水平。

  十几年前,我国盾构机主要依赖进口,甚至盾构施工都难以独立完成。十几年后,我国盾构机从无到有、从进口到出口,实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。

  东六环穿越北京城市副中心核心区,为方便交通、融合城市,建设方提出了大胆的设想:让地上的东六环改走地下。

  东六环入地改造设计了两条隧道,每条隧道共三层,开挖断面超过200平方米,是一般地铁隧道的5倍。常规直径的盾构机难以胜任,直径16.07米的“京华号”迎难而上。

  这是国内施工中首次应用16米级的国产盾构机。“京华号”始发竖井位于东六环西侧路,由北向南,任务是掘出一条长7.4公里的隧道。

  记者沿竖井安全梯向下约30米,便到了盾构机的作业现场。“京华号”长约150米,如一列小火车,5组不同功能的台车依次相连,关键部件集成在“火车头”——1号台车上。顶在最前端的巨大圆形刀盘,在电机驱动下切削土层、石块,隧道由此向前延伸。

  隧道管片拼装与掘进、出渣等工序同步。每掘进2米为一个施工循环,工程人员把预制好的管片拼成一个完整圆环,隧道便一次成型。管片拼缝不渗不漏,拼装精度要求极高。要建成这条隧道,需要拼装3600多环,共计36680块管片。

  中铁十四局北京东六环项目负责人孙旭涛告诉记者,在国内超大直径盾构施工中,“京华号”首次应用了双液注浆技术。与单一的水泥浆相比,由水泥浆和水玻璃配比成双液浆,浆液固结时间从8小时缩短到1小时以内,极大改善了隧道成型效果。

  盾构施工是革命性的。有20多年土建经验的北京东六环项目副经理顾传生感慨:“过去,工程队施工靠打眼放炮,挖个隧道特别费劲,噪音大、尘土满天,一天下来,脱下棉口罩,黑乎乎的;现在,作业环境敞亮,操作机器、运输管片、铺设电线,工作高效而有序。”

  “每台盾构机都不一样。”中铁十四局大盾构专家陈鹏解释,由于施工的土层、埋深、沉降要求各不相同,没有能包打天下的盾构机。“量身定制”的特点,要求盾构机施工方、制造方和科研单位从一开始就要反复沟通,三方合作贯穿始终。

  2020年中标北京东六环项目后,施工方中铁十四局联合制造方铁建重工,仅用6个半月,就完成了盾构机的设计、生产、调试、下线等工作。这体现了我国盾构施工和盾构机研制技术的强大实力,也是我国集中力量办大事制度优势的生动实践。

  “与其他盾构机比,除直径更大外,‘京华号’还集成了多年的创新成果,表明我国盾构机研制及盾构施工技术日趋成熟。”陈鹏表示。

  我国盾构制造起步于1953年,因技术落后而一度停滞。上世纪90年代,我国花巨资引进两台盾构机,用于秦岭铁路隧道建设。此后,基建施工使用盾构机越来越多,但相当长时间内,我国不仅盾构机依赖进口,甚至施工也依靠国外团队。

  陈鹏讲述了当年国内盾构施工的情景:要花高价钱请外国工程师调试设备,安装、维修零部件。因为技术实行封锁,不许中方人员靠近,更不用说学习参数计算方法、设备管理理念。

  我国技术人员一边施工一边摸索钻研,通过反复操作、维修、保养等,慢慢掌握了盾构施工的基本要领。2007年,陈鹏参加了中标的南京长江隧道工程建设,这是在长江隧道项目中,国内施工团队首次独立使用大直径盾构机施工。之后,我国盾构施工技术一日千里,如今多项技术处于国际领先水平。

  中国依赖国外盾构机的局面也被打破。一台常规直径盾构机,重量超过3000吨,机、电、液、气、传感等零部件超过3万个。如此多部件集成在一起,如何保证协调运转?这曾令研发人员头疼不已。铁建重工掘进机总厂总工程师孙雪丰说,研制盾构机需要一个庞大的跨学科、跨专业、跨行业的产业技术体系支撑,制造工艺复杂,光设计图纸就有数千张。

  2002年,盾构机研制被列入“863计划”,中铁隧道集团牵头。经过多年产学研攻关,于2008年制造出我国首台具有自主知识产权的盾构机。其间,我国盾构技术攻关的队伍日益壮大,有浙江大学、华中科技大学等科研机构,也有铁建重工、北方重工、中交天和等制造厂商。

  目前,“京华号”已顺利掘进400多米,盾构机的多项设计指标在施工中得到验证。这意味着我国自主研发的最大直径盾构机总体达到国际先进水平,我国实现了盾构机研制和盾构施工技术从“跟跑”到“领跑”的跨越。

  制造盾构机,发达国家有上百年历史,我国何以能快速实现追赶?业界专家的答案是:施工技术与制造技术相互促进是关键。

  以盾构机换刀技术为例。在盾构机掘进中,刀具损坏了怎么办?传统的方式是带压换刀,这需要繁琐的加压进舱、减压出舱等操作,耗时长、费用高,还存在安全风险。在施工过程中,技术人员提出常压换刀设想。在南京长江隧道工程中,中铁十四局施工团队联合制造商,调整了盾构机结构,研发并成功试用了第一代常压换刀技术。

  2010年,中铁十四局负责施工的南京地铁10号线过江隧道工程,面对复杂的地质和高水压,技术人员联合科研人员重新设计了换刀的结构体系,研发出第二代常压换刀技术——套筒油缸式换刀技术,并首次应用在11米级直径盾构施工中。

  换刀技术在工程实践中持续改进创新。在2015年中标的武汉地铁8号线工程掘进中,针对江底不同岩性复合地层的地质条件,中铁十四局施工团队首次开发了滚齿互换式换刀技术,成为第三代常压换刀技术。

  据介绍,“京华号”配备的已是第四代常压换刀技术。从带压到常压,逐代优化,这一从实践中反馈研发、不断提升的换刀技术,如今已成为大盾构研制的常规选项。

  “我国盾构施工市场需求大,遇到的地质种类多,能够持续反馈,推动盾构机自主研发快速更新迭代。”陈鹏说,比如,2017年9月我国研制的超大直径盾构机“沅安号”就配置了常压换刀,在新技术应用上,国内盾构机很快赶上了国际一流水平。

  丰富多样的基建施工需求,也推动我国盾构产品向小微化、巨型化、异形化发展。除大直径泥水平衡盾构机“京华号”外,国产大直径土压平衡盾构机、大直径硬岩盾构机等产品也纷纷下线,开创了一系列隧道新型开挖模式。

  盾构机制造水平的提升,反过来为盾构施工应用打开了广阔的市场,在铁路工程、水利工程、城市改造等领域大显身手。

  我国盾构装备的跨越发展,带动了配套产业跃升。孙旭涛告诉记者,以刀具为例,2015年以前国内盾构机配备的刀具基本靠进口,现在国产化刀具不逊于国际品牌。

  有统计显示,国内市场国产盾构机占有率已超过九成,全球市场份额接近七成。走出去的国产盾构机,成为中国制造的亮丽名片。专家分析,中国精细的管理和施工标准与大型装备一同出口,形成了“中国品牌”。

  “就像好的车,需要懂车的人开一样,操作盾构机也是个技术活。”孙旭涛说。2018年8月,苏通长江GIL综合管廊隧道工程贯通,中铁十四局使用的盾构机完好率超过97%,盾构刀盘出水的时候,连下线时涂在盘面的红漆都清晰可见。精细化的管理、维护,令外方赞叹。

  凭借过硬的质量和技术,我国盾构机在海外大显身手。如今,在以高标准著称的新加坡市场,中国生产的盾构机在交通建设中留下了身影;意大利公司采购我国盾构机,成功建设了黎巴嫩大贝鲁特供水工程;在丹麦、法国等国家的地下工程中,中国盾构机也越来越多被运用。

  “智能化、自动化是未来盾构技术发展的方向。”陈鹏说,在北京东六环项目上,工程人员正尝试打造智慧工地,施工过程与物联网、大数据等结合,实行精细化、流程化、智能化管理,进一步提高我国的盾构施工能力。香港马会开奖资料