“變形金剛”在隧道做“微創手術” 世界最大矩形盾構機入選150個“新中國第一”

2019-10-11 09:55:18 來源: 科技日報 作者: 馬愛平

科技日報記者 馬愛平

連日來,正在北京展覽館舉行的“偉大歷程 輝煌成就——慶祝中華人民共和國成立70周年大型成就展”觀者如潮。

我國研制的世界最大斷面矩形盾構入選150個“新中國第一”,作為進入新時代以來的偉大成果之一,在《走向復興》展區展出。

為什么世界最大斷面矩形盾構機能入選150個“新中國第一”呢?

從零開始 中國人有了自己的盾構機

盾構機是目前世界上最先進的隧道掘進裝備,被譽為“工程機械之王”。

2008年以前,盾構機的關鍵技術被國外壟斷,國內施工使用的盾構機幾乎依賴進口,價錢昂貴且維修不易。

為擺脫受制于人的境地,于2008年4月,我國成功研制出我國第一臺擁有自主知識產權的復合式土壓平衡盾構——“中國中鐵1號”。

中國人有了自己的盾構機。

最常見的盾構機都是圓形的,如果施工遇到鬧市區下穿隧道或是地鐵出入口,受覆土厚度所限,圓形掘進機不便施展拳腳,那該怎么辦?

2012年,鄭州在市區建設時便遇到了這一問題。當時除了對道路“開膛破肚”施工外,近乎無解。要在鬧市實施“開膛破肚”,勢必會對周邊交通、環境造成影響。

有沒有辦法?“有,用矩形盾構機。”時任中鐵裝備黨委書記、董事長李建斌說。他知道在國外有可以掘進人行通道的小型矩形盾構機,但能否自主研制出一臺雙車道超大斷面矩形盾構機,這是一個重大挑戰。

李建斌與趙華、范磊等當時平均年齡只有28歲的研發團隊接受了這個挑戰。

白手起家,到處請教,實地調研,他們成立了多學科的公關小組,每天研究,尋找最優方案,一點點弄通,一項項攻破。

經過幾個月的鏖戰,項目研發取得重大進展,突破了多項國際難題。

2013年12月,這臺長10.12米、高7.27米的矩形盾構機在中鐵裝備下線,用于鄭州中州大道項目,成為當時世界上最大斷面矩形盾構。

尺寸“三級跳” 形狀與功能“三連變”

在實現了從0到1的重大突破后,矩形盾構的創新腳步并沒有停下來。

反而因為掌握了矩形盾構的 “創新核”,給后續技術創新帶來了波浪式效應,一系列新產品、新技術像波浪一樣一個接一個的出現。

首先是產品尺寸上的“三級跳”。

一跳鄭州。

二跳天津。2016年,中鐵裝備又研制一臺斷面長10.42米、高7.57米的矩形盾構機,用于天津黑牛城道過街通道項目,刷新了世界最大斷面矩形盾構世界紀錄。

三跳嘉興。2019年,矩形盾構世界紀錄再次刷新。當前,一臺斷面尺寸為14.8米x9.426米的超大斷面矩形盾構正在制造中。設備將用于浙江省嘉興市快速環線南段——長水路下穿南湖大道項目。該工程為嘉興市建黨百年獻禮工程,采用雙向六車道設計,隧道長度為100.5米。

與“尺寸增加”同步進行的,還有形狀與功能的“三連變”。

一變多刀盤帶滾刀盾構機。2016年5月26日,我國自主研制的世界首臺應用于砂卵石地層的矩形盾構式頂管機成功下線。該設備應用于成都四川大學停車場下穿人民南路項目,地理位置決定了施工條件極為苛刻,地層中富水、砂卵石含量大導致施工難度大,現場工程師不斷調整掘進參數,確保了項目順利貫通。

二變組合式盾構機。2017年4月15日,我國首個盾構法施工的裝配式地下停車場試驗項目在鄭州市經開區中鐵裝備廠區廣場下方開始掘進施工。該項目施工的組合式盾構機為國內首創,被譽為“雙子星”,由兩臺2.87×5.02米小矩形盾構機拼裝組合到一起,形成一臺5.74×5.02米的巨大矩形盾構機,既能實現組合模式推進,也能實現分體推進,根據斷面尺寸靈活組合,最核心的技術是實現了往返掘進時盾構機“零間距”,對淺覆土地層的擾動小到可以忽略。

三變馬蹄形盾構機。因為掌握了矩形盾構的掘進技術,異形盾構機產業化、品牌化道路越走越寬。除了矩形盾構機,其“盾構機大家庭”還有了新成員——馬蹄形盾構機。

2016年7月,全球首臺馬蹄形盾構機在中鐵工業面世。這臺設備為蒙華鐵路白城隧道量身定做,刀盤遠觀形似馬蹄。

大膽創新后發超越 達到世界領先水平

矩形盾構機的出現,解決了軟土隧道、淺埋隧道等人工開挖或明挖傳統作業方式,大大提高了工程安全、環保和效率,創新了對地層擾動小,多刀盤協同掘進等核心領先技術,達到在地表3米以下就敢于施工的水平,不影響地面建筑,不影響車輛通行。

如果說圓形盾構機是深埋地下的、適合長距離掘進的“巨無霸”,那么異形盾構機就是軟土層中的“變形金剛”。如果把明挖式的隧道建設比作“開膛破肚”的外科手術,那么異形掘進技術就是“微創手術”。它對周邊干擾小、施工成本低,更綠色、更環保,尤其在地下空間飽和的現在,異形掘進技術斷面利用率大的優勢十分突出。

“我國的異形盾構機形成了系統化的設計制造方法與技術,掌握了淺覆土施工技術、多刀盤低擾動技術、異形管片拼裝技術,這些都是領先世界水平。”中鐵工業總經理李建斌說。

矩形盾構已成為新時代以來中國高端裝備制造業大膽創新、后發超越的典型。

“好的產品自己會說話。”由于矩形盾構機表現良好,為城市下穿隧道施工提供了新的解決方案,被稱為“治堵利器”。

2015年10月,出口新加坡的矩形盾構機在鄭州下線,開創了我國矩形盾構機出口海外的先河。

2019年7月,矩形盾構機再次遠銷海外,出口澳大利亞,應用于墨爾本西門隧道聯絡通道項目。

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責任編輯:陳可軒(實習)
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