
央视新闻(焦点访谈):中共二十届中央四次全会提出,“十五五”期间,要在科技高水平上加快自力更生、自力更生,引领新生产力发展,抢占科技发展制高点。研制“大国重要武器”无疑是攻克科技发展制高点的重大一步。 “十四五”期间,我国研制的“大电兵器”不断“攀登”得更高,达到了一个又一个现代化制高点。天空中,有实现首次无样品从月背返回地球的“嫦娥六号”,有中国第一个空间站“天宫号”;地下,有一台领先的超大直径盾构挖掘机。即日起(十月er 25),《焦点访谈》将推出“大国携重要武器爬得更高”系列节目。我手头上的这两款是我国自主研制的最大的宽幅盾构机“江海”号和“沧源”号。它们看上去不大,但在工地上它们却是五层多高、重达5000多吨的“铁龙”。
这是位于江苏省长江口地区的海泰长江隧道施工现场。它深入地下数十米,并穿过长复合管段的内壁。我们从“江海”盾构机后部进入“江海”内部。
长150米的“江海”,内部高度超过5层。从后到前有100多米的后支撑系统,主要包括控制、排渣、注浆、电气、液压、导向、和物资运输。后支撑系统前面是“贾延海号”主机的主要部分,主要包括推进、分段总成、驱动和刀盘挖掘系统。
“嘉诺豪”盾构机由中铁十四局和中铁建重工集团联合打造,最大开挖直径16.64米,专为海泰长江隧道工程定制。海太长江隧道连接江苏省南通市海门区和苏州市太仓市。越江隧道全长11.185公里,其中盾构隧道段长9315米。是“十四五”期间建设的国家重点过江通道。它是目前世界上最长的水下盾构公路,也是第一条设计时速100公里的跨江隧道。建成后,过江时间将由目前的一小时缩短Ø 10 分钟。
中铁十四局大型盾构专家陈健:“它采用双向六车道,采用高速公路的设计标准,设计时速为100公里每小时,因此比城市主干道或其他穿越通道的标准更高、速度更快,所以隧道断面达到16米。而且安装衬砌,所以隧道开挖直径必须大于 16.64米。 ”
盾构机的全称是全断面隧道掘进机。是钻山越海的利器。被誉为“建筑业之王”,是衡量一个国家制造业水平的重要标志。盾构机系统复杂、技术精密。其工作原理是旋转刀盘切削工作巷道表面的岩土层,边挖边组装巷道支护墙,最后y 形成一个异型地下隧道。 
“吉安盖号”最大发掘直径达到16.64米。盾构机直径越大,建造难度也呈指数级增长。
中国铁建重工集团隧道掘进机事业部副总经理张帅坤:“直径越大,对装配制造的精度要求就越高。
不仅设备的制造和装配的精度,设备的可靠性对开发团队来说也是一个很大的考验。全长9315米,是目前世界上最长的水下盾构隧道距离。这对于盾构发动机主轴承的可靠性是一个很好的考验。主轴承被称为盾构盾构的“心脏”,是盾构机在掘进过程中几乎不可替代的部件。它是盾构机刀盘驱动系统的主要核心部件。这会导致刀具旋转从而实现隧道开挖。为确保“江海”能够完成9公里以上超远距离开挖任务,研制团队为“江海”配备了直径8.6米的全球最大直径整体主冲击器。
张帅坤:“我们计算过7.6米的主轴承就可以满足我们的载荷要求,但最终选择设计时,我们选择了8.6米的主轴承,这是目前全球盾构机领域使用的最大直径整体主轴承的两倍。”
在挖掘过程中,“江海号”还将面临危险的挑战,那就是超高水压和超大埋深。海台长江隧道最大埋深为长江水面以下75米,水压超过7.5巴,相当于钉子大小的面积必须承受7.5公斤的压力。然而《江海》要挖掘超过9公里,刀盘中的刀具不可避免地会磨损,必须更换才能继续工作。但在75米深的水压下更换工具几乎是一项不可能完成的任务。
陈健:“目前换工具都是采用压缩空气的方式,最大极限达到6巴。在6巴压力下工作需要专业的潜水操作人员,而且只能工作半个小时。如果超过7.5巴,工作时间会更短,减压时间会更长,几乎无法工作。”
为了克服高压换具的“障碍”,“吉安浩”开发团队历经两年多时间研究,借鉴深海平台高压闸门的经验,创新开发了常压换具技术,为每个更换工具安装一个高压闸门。
“江海”重达5000多吨。这样的“钢铁龙”在河底挖出一层松软的土壤。工程要求必须严格控制地层扰动,沉降必须控制在毫米级。这就像在泥里给一块豆腐打孔一样,你必须确保豆腐不会散开。与普遍看法相反,只需要两名技术人员就可以操作如此复杂的庞然大物。
“吉安盖号”是目前最先进的国产盾构,还创新应用了主承载全状态实时监测系统、先进地质预报系统、部分智能拼装机器人等数十项新技术。它不仅是一台自动化程度高的智能屏蔽机,而且还是一台数字化屏蔽机。 “嘉诺”的数十个系统配备了数千个传感器。产生的海量数据不仅汇聚到主控室,还发送到地面控制平台实时。
在海台长江隧道中,“江海”负责开挖右侧隧道,左侧隧道正在开挖另一台同样先进的国内超大直径盾构“沧源”。 “沧源”挖掘机直径达到16.66米,整机总长度176米,总重量超过5650吨。由中交天河开发。
中交天河机械装备制造有限公司设计院副院长、总工程师徐寅:“我们的盾构机可以说是大而智能,这个盾构在关键部件和智能化方面都达到了世界领先水平,我们的新技术目前已经应用到了20多个领域。”
中交隧道局海泰长江隧道项目机电总工程师莫康刚:“确保施工安全,‘江海’一马当先,我们‘沧源’紧随其后。海泰图的施工内尔。”
两台代表世界领先水平的国产超大直径盾构盾构同时挖掘的景象,在二十年前是不可想象的。当时,在中国市场,国外品牌盾构机完全占据市场主导地位。
张帅坤:“以前我们用的是国外品牌的进口设备,即使出现一点小故障,也要等国外专家,配件也要从国外送来,有时要等好几个月,这给我们的项目建设造成了很大的限制。”
核心技术不能被别人控制。经过二十年的不断自主创新,国产精机从无到有,从现有到优秀,终于赶超并领先。目前,我国TBM全球占有率已达70%,产品已出口五大洲40多个国家和地区。特别是“十四五”期间“十二五”规划中,我国超大直径盾构机产业实现了跨越式发展,形成了全产业链产业化能力。业内将直径14米及以上的TBM俗称为超大直径TBMS。
中国工程机械工业协会分会会长、中交天河机械制造装备有限公司党委书记、董事长张英明:“国内特色的开发应用 国内特色的快速增长,加速技术联姻,深化应用快速增长,加速技术变革,深化应用快速发展。我国智能化水平盾牌 取得了快速发展,应用领域正从地铁、公路隧道向跨江跨海、深层地下空间、更多面积的拓展发展例如能量通道。中交天河自主研发的硬岩垂直钻孔机今年6月成功应用于天山胜利隧道项目。打通世界最深竖井将解决超长隧道的通风问题。 ”
只有不断的改变才能引领潮流。是湖南长沙的中国铁建重工“江海”盾构机的发源地。中国近一半的盾构机是在这里研发和制造的。依托过去数千台TBM研发、生产、施工运营积累的海量数据,这里的科研人员正在研发最新的TBM数字孪生大模型技术。
一个马拉国家如果没有盾构机这样的重要国家武器就无法生存,但这些重要武器的基础核心技术是买不到的。否则,就必须依靠我们自己的创新。中国盾构机从跟风的历程告诉我们,当国家综合实力和科技实力不断提高,产业链不断发展和完善时,我们就能发展出世界领先的重型装备。下一个“十五五”时期,我们中国盾构机将继续向更大挖掘直径、更快挖掘速度、更深挖掘、更多应用场景方向努力,变得更高、更智能、更绿色,在技术领域继续领先世界,也有助于实现更多项目。