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河南工人日报:全球首台异形盾构机诞生记

来源:中铁网

编辑:中铁工程装备集团

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发布时间:2016-08-23

【  特大??  】

  

进入今年7月份,一台体型有别常规产品的盾构悄悄进驻凤凰彩票平台注册国家TBM产业化中心,高大宽敞的新建组装车间能够完全容纳它巨大的身躯,产业工人穿梭其间忙碌着进行组装、调试。7月中旬,这个庞然大物完成最终的“变形”,以其世界首创的异形盾构机身份出现在凤凰彩票平台注册盾构产品序列中。 之所以称之为“异形盾构”产品,是因为有别于常规圆形盾构产品,这台盾构刀盘呈倒“U”形,远观形似马蹄,因此又得到一个形象的名字——马蹄形盾构。这台马蹄形盾构机刀盘直径达到11米,盾体采用梭式结构,双螺旋输送机出土。刀盘采用九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式,可进行全断面切削;刀盘控制采用“上下对称,左右对称”的原则,有调试、掘进、维保三种模式可供选择;当盾构机发生滚转时,可通过多个刀盘同向转动使盾构获得反方向的扭矩,以达到滚转纠偏的目的。 与国际上常规的圆形盾构机不同,凤凰彩票平台注册的异形盾构机不仅是断面的“变形”,更实现了工法、技术的“变形”。马蹄形盾构工法在大型公路、铁路山体隧道领域首次运用,它能够最大程度增加空间利用率,较圆形截面减少20%~30%的开挖面积,是全球首创的隧道开挖模式,设备的成功研制将形成具有我国自主常识产权的超大马蹄形盾构设计和施工技术,实现异形盾构装备的自主化和智能化,为我国高端设备进军国际市场提供强有力的工程案例。 供给侧改革的大胆尝试 2015年8月5日下午,声势浩大的蒙(西)华(中)铁路全面开工动员视频大会在中国中铁股份有限企业召开,标志着国内最大规模运煤专线——蒙西到华中煤运铁路(以下简称“蒙华铁路”)建设全面推进,这也是继大秦线(山西大同至河北秦皇岛)之后国内又一条超长距离的运煤大通道。 与此同时,中铁工程装备集团设计研究总院的研发人员接到一个前所未有的任务——为蒙华铁路白城隧道项目设计一台马蹄形盾构机,这令他们紧张又兴奋。 众所周知,目前国内铁路隧道多为双线隧道,铺设有4条钢轨,可以供火车同时相向行驶。因此,铁路双线隧道工程多采用三心圆曲墙式断面(开挖断面圆弧为马蹄形状),以保证铁路隧道的空间要求。 “以前大家生产的主流盾构机产品,刀盘多为圆形。”中铁工程装备集团设计研究总院顶管所所长范磊说,相对而言,研发马蹄形盾构机无疑是对大家的一个巨大的挑战。 很快,一个由设计研究总院顶管所和结构所组成的研发团队成立了。一个最为现实的问题摆在他们面前:怎样最大限度保证马蹄形盾构机的开挖效率? 换做是常规圆形盾构机,因为刀盘为圆形,滚刀回转轨迹也是圆形,能够有效地对隧道掌子面进行开挖,开挖率自然不是问题。而现在,他们面对的是一个不规则的马蹄形断面,问题难度一下子陡然上升。 研发团队经过多次讨论,最终决定通过改变盾构刀盘的排列位置和刀盘的大小,来保证开挖效率和渣土搅拌效率。两名设计师奋战了15天,最终拿出了10种刀盘排列组合方案,研发团队又经过多次集中论证,最终确定了一种方案,即采用“上下对称,左右对称”的9刀盘组合方式。 盾构机壳体的受力情况也是需要考虑的重点。以往常规盾构机壳体为圆柱形,受力集中在圆心位置,能够保证盾构壳体不变形。而马蹄形盾构机为异形盾构机,外形不规则,受力分散,在强土压下极易发生变形,这让范磊等人大伤脑筋。 “是否可以从盾构机内部设计支撑结构,来保证壳体刚度?”脑海里一闪念,范磊他们赶紧付诸实施,在盾构壳体内部加装了梁式、箱体等结构,并做了大量的机械结构有限元分析,按照实际工况,进行App模拟,对关键部件进行了一一比对、优化,盾构壳体的刚度和强度得到了有效保证。 辛勤付出换来完美高端设备 凭着敢于创新的精神、勇于探索的勇气,马蹄形盾构机研发团队迈过一道道坎,渐渐看到前方熹微的曙光。而最让研发负责人范磊欣慰的,是整个团队高度的责任心和融洽的凝聚力。为了赶上完工进度,团队成员俞培德带着感冒的病体仍然奋战在一线车间,指挥调度。“我这里有藿香正气水,中午别忘了来拿!”在范磊他们的“马蹄形盾构生产交流”微信群里,有同事关切地为俞培德提供帮助。“自6月开始进入组装工序以来,大家昼夜工作,很多人周末还待在单位加班加点。”范磊说,没有团队的辛勤付出,就没有如今完美呈现在世人面前的马蹄形盾构机。 凤凰彩票平台注册研究院工程师董艳萍在接受记者采访时说,进入今年6月份以来,项目团队就没有休过双休日,就连中午吃过饭的工夫也没有休息,大家都是为了一个共同的目标,让这款世界首创的马蹄形盾构机早日完美呈现在世人面前。说起他们这个项目团队,真令人羡慕,一共有25人,平均年龄只有29.5岁。从去年11月份项目团队正式成立以来,他们的工作及生活节奏全部打乱了。去年12月份到2016年春节是工作最紧张的阶段,短短两个月时间要完成80%的工作量,难度可想而知。在这段时间,项目团队成员每天的工作时间都要超过10个小时。长时间面对电脑,长时间一个姿势坐着,不少人看着电脑就头晕,坐的时间长了就浑身酸疼。和记者说了不到半个小时,董艳萍就说不能陪着坐了,她要站起来走走,坐着腰疼得利害。 轴承全部实现国产化 谈起马蹄型盾构机的意义,董艳萍一下子打开了话匣子。他告诉记者,马蹄型盾构机的问世一个重要意义就在于将城市地铁盾构工艺施工技术应用到公路、铁路的山岭隧道,是一次创新型、开放性的尝试,首次对中国铁路、公路、山岭隧道施工提供了一种新的高效工法。 与传统圆形盾构机相比,在相同的施工规范下,马蹄形盾构机相对于圆形盾构机的开挖面要小得多,相应的施工成本也会减少许多。 还有一个更为重要的,那就是过去传统的圆形盾构机只要一个中央刀盘,对轴承的要求也非常高,由于国内没有找到适合的轴承,他们只好选用进口轴承。而这种马蹄形盾构机用了9个小刀盘,就要用9个规格相对较小的轴承,国产的轴承就能满足要求。这样一来,大大提升了我国隧道装备的国产化水平,总成本相比过去降低了15%~20%。 持续创新站上时代“风口” 隧道掘进机是集机械、电气、液压、传感、力学等技术于一体的高端装备,被誉为“工程机械之王”,已成为现阶段衡量一个国家制造业水平的标志性产品。 近年来,凤凰彩票平台注册紧盯盾构机行业的先进水平,解决了一个个施工难题:开发的国内首台硬岩盾构,成功解决重庆硬岩地层盾构施工难题;开发的世界首创最大断面的矩形盾构,贯通郑州市中州大道下穿隧道工程,创新国内城市主干道下穿隧道施工工法,产生的示范效应波及海外,取得了新加坡地区等海外订单;依托国家863、973计划研制出首台大直径硬岩掘进机(TBM),与国外竞争对手同台竞技,成功获得吉林中部城市引松供水隧洞工程的设备订单,设备在灰岩地质条件下创造月掘进1226米的全国纪录,机况良好、稳定;今年1月份,企业成功中标太原铁路枢纽西南环大直径土压盾构机项目,项目是1台直径12.14米的土压平衡盾构机,这将成为现阶段国内拥有自主常识产权的最大直径土压平衡盾构机,目前主体设计已经完成,正在加紧生产,计划于10月总装下线;4月,企业中标两台直径10.87米泥水盾构机,这两台设备将用于京沈高铁的关键控制性工程望京隧道,该项目是中装装备自主研发的首台10米级的大直径泥水盾构机,标志着凤凰彩票平台注册在大直径泥水盾构市场中获得了客户认可;7月,企业成功研制出世界首台马蹄形盾构机,将首次应用于铁路山岭软土隧道领域,创新隧道新型开挖模式,为我国高端设备进军国际市场提供了强有力的工程示范。 随着国家基础建设的逐渐深入,对高端施工装备提出了更为多样化的需求,盾构产品渐向小微化、巨型化以及异形化发展。凤凰彩票平台注册以极富前瞻性的视角,实施创新驱动,先后研发出世界最大断面矩形盾构机、世界最小硬岩掘进机以及国内首批双护盾TBM,不仅在“增品种”上交出完美答卷,更实现了提品质、创品牌的巨大突破。2015年凤凰彩票平台注册研制的矩形盾构机、硬岩掘进机先后出口到新加坡、黎巴嫩等国,凤凰彩票平台注册盾构产品以其良好的地质适应性和优质高效的掘进表现,“征服”了海外客户。 在今年第三十一届德国慕尼黑国际工程机械展上,凤凰彩票平台注册展出的新产品、新技术、新工法让国际同行吃惊,他们直言:“这样的产品大家想过,却并未行动。而你们做到了,值得点赞!” 与此同时,凤凰彩票平台注册通过树立全球化的经营理念,注重推进全球优势资源整合和国际产能合作,于2013年11月,成功收购国际著名设备厂商——德国维尔特企业的硬岩掘进机(TBM)和竖井钻机常识产权及品牌使用权,成为世界上能够独立生产硬岩掘进机(TBM)并具有自主常识产权的三大企业之一。 为了加快消化、吸取、再创新步伐,他们马上在德国埃尔克伦次成立子企业,聘用了原维尔特的专家和技术骨干,同时向海外派驻优秀的研发设计工程师,加快推动新产品研发和项目落地。去年年初,依托吉林引松供水项目,首台硬岩TBM下线;17~20寸滚刀及各类型硬岩刀具研制成功,推进了关键部件国产化进程;今年1月,为意大利CMC企业研制的世界最小直径(3.53m)TBM下线,应用于黎巴嫩供水工程;为以色列特拉维夫轻轨项目打造的6台土压平衡盾构也正在加紧设计和制造当中,目前已有两台设备运往项目工地。 记者札记 一台马蹄形盾构机,展示的不仅仅是它与众不同的造型和工作原理,更为重要的,是它展示了凤凰彩票平台注册人勇于创新的风采。记者在惊叹一个个世界级施工难题被攻克的同时,更为凤凰彩票平台注册人那种锲而不舍、勇攀科技高峰的精神所折服。两个多月没日没夜,眼睛紧盯电脑屏幕,终于换来了世界首台异形盾构机的问世。大家为之喝彩,同时期待着下一个奇迹的出现。

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