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可在隧道做“微创手术” 世界最大盾构机入选150个“新中国第一”

10月14号
连日来,正在北京展览馆举行的“伟大历程 辉煌成就——庆祝中华人民共和国成立70周年大型成就展”观者如潮。

我国研制的世界最大断面矩形盾构入选150个“新中国第一”,作为进入新时代以来的伟大成果之一,在《走向复兴》展区展出。

为什么世界最大断面矩形盾构机能入选150个“新中国第一”呢?

从零开始 中国人有了自己的盾构机

盾构机是目前世界上最先进的隧道掘进装备,被誉为“工程机械之王”。

2008年以前,盾构机的关键技术被国外垄断,国内施工使用的盾构机几乎依赖进口,价钱昂贵且维修不易。

为摆脱受制于人的境地,于2008年4月,我国成功研制出我国第一台拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构——“中国中铁1号”。

中国人有了自己的盾构机。

最常见的盾构机都是圆形的,如果施工遇到闹市区下穿隧道或是地铁出入口,受覆土厚度所限,圆形掘进机不便施展拳脚,那该怎么办?

2012年,郑州在市区建设时便遇到了这一问题。当时除了对道路“开膛破肚”施工外,近乎无解。要在闹市实施“开膛破肚”,势必会对周边交通、环境造成影响。

有没有办法?“有,用矩形盾构机。”时任中铁装备党委书记、董事长李建斌说。他知道在国外有可以掘进人行通道的小型矩形盾构机,但能否自主研制出一台双车道超大断面矩形盾构机,这是一个重大挑战。

李建斌与赵华、范磊等当时平均年龄只有28岁的研发团队接受了这个挑战。

白手起家,到处请教,实地调研,他们成立了多学科的公关小组,每天研究,寻找最优方案,一点点弄通,一项项攻破。

经过几个月的鏖战,项目研发取得重大进展,突破了多项国际难题。

世界最大断面矩形盾构机下线

2013年,世界最大断面矩形盾构机下线

2013年12月,这台长10.12米、高7.27米的矩形盾构机在中铁装备下线,用于郑州中州大道项目,成为当时世界上最大断面矩形盾构。

尺寸“三级跳” 形状与功能“三连变”

在实现了从0到1的重大突破后,矩形盾构的创新脚步并没有停下来。

反而因为掌握了矩形盾构的 “创新核”,给后续技术创新带来了波浪式效应,一系列新产品、新技术像波浪一样一个接一个的出现。

首先是产品尺寸上的“三级跳”。

一跳郑州。

二跳天津。2016年,中铁装备又研制一台断面长10.42米、高7.57米的矩形盾构机,用于天津黑牛城道过街通道项目,刷新了世界最大断面矩形盾构世界纪录。

三跳嘉兴。2019年,矩形盾构世界纪录再次刷新。当前,一台断面尺寸为14.8米x9.426米的超大断面矩形盾构正在制造中。设备将用于浙江省嘉兴市快速环线南段——长水路下穿南湖大道项目。该工程为嘉兴市建党百年献礼工程,采用双向六车道设计,隧道长度为100.5米。

与“尺寸增加”同步进行的,还有形状与功能的“三连变”。

一变多刀盘带滚刀盾构机。2016年5月26日,我国自主研制的世界首台应用于砂卵石地层的矩形盾构式顶管机成功下线。该设备应用于成都四川大学停车场下穿人民南路项目,地理位置决定了施工条件极为苛刻,地层中富水、砂卵石含量大导致施工难度大,现场工程师不断调整掘进参数,确保了项目顺利贯通。

二变组合式盾构机。2017年4月15日,我国首个盾构法施工的装配式地下停车场试验项目在郑州市经开区中铁装备厂区广场下方开始掘进施工。该项目施工的组合式盾构机为国内首创,被誉为“双子星”,由两台2.87×5.02米小矩形盾构机拼装组合到一起,形成一台5.74×5.02米的巨大矩形盾构机,既能实现组合模式推进,也能实现分体推进,根据断面尺寸灵活组合,最核心的技术是实现了往返掘进时盾构机“零间距”,对浅覆土地层的扰动小到可以忽略。

三变马蹄形盾构机。因为掌握了矩形盾构的掘进技术,异形盾构机产业化、品牌化道路越走越宽。除了矩形盾构机,其“盾构机大家庭”还有了新成员——马蹄形盾构机。

2016年7月,全球首台马蹄形盾构机在中铁工业面世。这台设备为蒙华铁路白城隧道量身定做,刀盘远观形似马蹄。

大胆创新后发超越 达到世界领先水平

矩形盾构机的出现,解决了软土隧道、浅埋隧道等人工开挖或明挖传统作业方式,大大提高了工程安全、环保和效率,创新了对地层扰动小,多刀盘协同掘进等核心领先技术,达到在地表3米以下就敢于施工的水平,不影响地面建筑,不影响车辆通行。

如果说圆形盾构机是深埋地下的、适合长距离掘进的“巨无霸”,那么异形盾构机就是软土层中的“变形金刚”。如果把明挖式的隧道建设比作“开膛破肚”的外科手术,那么异形掘进技术就是“微创手术”。它对周边干扰小、施工成本低,更绿色、更环保,尤其在地下空间饱和的现在,异形掘进技术断面利用率大的优势十分突出。

“我国的异形盾构机形成了系统化的设计制造方法与技术,掌握了浅覆土施工技术、多刀盘低扰动技术、异形管片拼装技术,这些都是领先世界水平。”中铁工业总经理李建斌说。

矩形盾构已成为新时代以来中国高端装备制造业大胆创新、后发超越的典型。

“好的产品自己会说话。”由于矩形盾构机表现良好,为城市下穿隧道施工提供了新的解决方案,被称为“治堵利器”。

2015年10月,出口新加坡的矩形盾构机在郑州下线,开创了我国矩形盾构机出口海外的先河。

2019年7月,矩形盾构机再次远销海外,出口澳大利亚,应用于墨尔本西门隧道联络通道项目。

(来源:科技日报)

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