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打破外方垄断 国内最大直径盾构机惊艳诞生

时间:2016-10-13 07:41:02 来源:人民铁道网 作者:唐克军 陈龙

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10月12日上午,国内自主设计制造最大直径土压平衡盾构机在中国中铁装备集团国家TBM产业化中心下线,盾构机直径为12.14m,为目前国内最大,将用于太原铁路枢纽西南环线项目。该设备的问世,打破了我国超大直径盾构产品技术长期依赖进口、核心技术受制于国外制造商的不利局面,对满足未来城市交通路网发展建设有着重要意义。

  响应“供给侧改革”,大单尝试新产品研发

  2010年7月28日,声势浩大的太原铁路枢纽西南环线有限责任公司创立大会召开,标志着由太原市和原国家铁道部共同建设和运营的太原铁路枢纽西南环线工作进入了正式实施阶段。
  2016新年前后,太原铁路西南环线东晋支线工程进场开工,本次工程将采用土压平衡盾构技术进行隧道挖掘,该技术在山西属首次使用。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——为太原铁路西南环线东晋支线工程项目设计一台超大直径盾构机,这令他们紧张又兴奋。

  众所周知,目前国内铁路隧道的净空内轮廓是根据列车、列车时速引起的空气动力学原理来确定的,如时速200公里的隧道净空在80多平方,半径6m;时速250公里的隧道净空在92以上,半径在6.4m左右。而太原铁路西南环线东晋支线隧道项目设计为客货列车两用且双线单洞,所以要求隧道净空较大,为了满足工程需求,研制一台超大直径的土压平衡盾构机迫在眉睫。

  “以前我们生产的主流盾构机产品,刀盘直径多在6m左右。”中国中铁装备集团设计研究总院结构所所长袁文征说,相对而言,研发这台盾构机无疑是对大家的一个巨大的挑战。

  自2008年成功研制出第一台国产盾构机起,中国中铁装备集团的盾构机研发之路已经走过8个年头,多达300余台不同直径、样式的盾构机,从中铁工程装备集团盾构总装车间生产线上诞生,并在各类地铁隧道、供水项目、电力管道等工程项目上大放异彩。产品技术的创新积累,中铁工程装备集团逐步走向成熟、壮大,成为国内盾构机市场的引领者。

  袁文征告诉记者,太原铁路西南环线东晋支线工程项目,断面较大、隧道推进距离长(4850m),如果仍然按照常规盾构机设计模式,那么势必会加大隧道设计的研发投入,且耗时费力。
  而如今,中国中铁装备集团的创新能力和技术水平均已达到一定水准,“直径12m到15m的盾构机,我们都能够研制。”袁文征说,得知将要参与超大直径盾构机的研发设计,设计研究总院的工程师们自信满满、跃跃欲试。

  袁文征进一步补充说,按照国家供给侧改革要求,中铁工程装备集团主动调整增长方式,主动开发新产品以满足国内建设市场需求,而这次超大直径盾构机的研制就是对国家供给侧改革的一个正面的、主动的、有效的响应。

  持续创新创造,他们将梦想变为现实

  很快,一个由设计研究总院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:怎样最大限度保证这台超大直径盾构机的开挖效率?

  由于盾构机开挖直径大,带来了刀具磨损速率加快、开挖舱内碴土改良难度加大等诸多设计难题。此外,盾构应用的隧道位于太原市城郊结合区域,上方建筑物较多,盾构机还将穿越地下长达2公里的卵石层,卵石粒径甚至达到了60厘米,如此大直径盾构隧道穿越长距离复杂地层也是全国首例,这对盾构机刀具耐磨性提出了挑战。

  问题的难度陡然上升,但这些都被盾构研发小组一一破解。

  研发团队经过多次讨论,最终将问题的关键所在放到了对盾构刀盘的针对性设计上,他们在盾构刀盘上安装了可拆卸格栅及挡板,使之既适应全断面泥岩、粘土掘进,也适应大粒径卵石地层掘进;同时在刀盘布置直径达到17寸刀体19寸刀圈盘型滚刀,提高了滚刀的耐磨性和抗冲击性,以应对密实卵石及瓢石地层。

  为了保证盾构机的安全高效,设计人员还为盾构机配置了双舱并联人仓,设计有成熟的全气动压力调节装置,此套系统为全气控装置,在网电断电时系统仍能正常工作,确保带压换刀时舱内人员安全。

  打破外方垄断,填补国内大直径盾构领域研发空白

  凭着敢于创新的精神、勇于探索的勇气,盾构机研发团队们迈过一道道坎,渐渐看到前方熹微的曙光。而最让研发负责人袁文征欣慰的,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,团队成员高文梁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!”在袁文征他们的“盾构生产交流”微信群里,有同事关切地为高文梁提供帮助。“自9月开始进入组装工序以来,大家昼夜工作,很多人国庆节期间都还待在单位加班加点。”袁文征说,没有团队的辛勤付出,就没有如今呈现在世人面前的完美的国内最大直径的盾构机。

  中铁装备集团总经理谭顺辉对此感慨颇深,他介绍说,此前,国内大直径土压平衡盾构核心技术一直掌握在外方手中,此设备的自主研制填补了我国在大直径土压平衡盾构领域研发的空白,也标志着我国正式突破超大直径土压平衡盾构设计与制造中的一系列关键技术,满足未来城市交通路网发展建设对超大直径土压平衡盾构的迫切需求。
 

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标签: 盾构机
编辑: 苏凡
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