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隧道掘进机“会拐弯能爬坡”——硬装备考验真功夫

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中铁装备研发的双结构硬岩掘进机。 (资料图片)

前不久,在河南洛宁县抽水蓄能电站引水工程施工现场,中铁装备研制的斜井硬岩掘进机一头“钻”进山梁。“这是一个大角度的斜井工程。在隧道‘爬坡’时,斜角越大,掘进设备越容易往下滑,这曾经是一个世界难题。”中铁工程装备集团有限公司(以下简称“中铁装备”)党委书记、董事长赵华说,他们从藤本植物“爬山虎”的生长中受到启发,为设备加装两只钢铁“触手”,以撑住岩壁固定设备。经过反复试验,成功研制出大倾角斜井硬岩掘进机,实现了国产高端装备技术的一次突破。

业界习惯将用于硬岩隧道掘进的设备称为隧道掘进机,将用于复合地层隧道掘进的设备称为盾构机。隧道掘进机是穿山越海的施工利器,是集机械、电气、液压、传感、信息、力学、导向研究等技术于一体的大型高端装备。赵华告诉记者,近年来,从超小转弯硬岩掘进机到硬岩竖井掘进机再到双结构硬岩掘进机,中铁装备始终坚持自主创新,不断研发新产品,提高市场竞争力。

与盾构机技术相比,隧道掘进机技术复杂度更高。例如,在城市轨道、管网建设中,硬岩隧道掘进机的埋深通常要达到几百米甚至上千米。大埋深、长距离、岩石强度高等施工条件,对设备的可靠性、适应性、耐久性和安全性提出更高要求。

“硬岩隧道掘进机广泛应用于山体隧道掘进。掌握不了硬岩隧道掘进机技术,不能算是成熟的、有竞争力的产品。”中铁装备技术中心副主任贺飞说。

为突破相关技术,中铁装备成立科研项目小组,研发人员多次到施工现场学习和调研,集中力量研发产品。经过上百次研发试验,攻关了多项技术难题,中铁装备自主研制的直径8.03米硬岩掘进机成功下线,并运用在具体项目中。

贺飞说:“交通、市政、水利等领域的隧道多为直线形,而抽水蓄能电站地下工程则不同,其线路更加复杂,隧道既有直线形,也有圆弧形。一般隧道掘进机是水平式前进,即使有转弯,转弯半径也比较大,不适合线路复杂的工程项目。”

如何满足线路复杂的地下工程施工需求?

“我们基于多年的技术积累和经验,坚持技术创新,最终研发出紧凑型超小转弯半径硬岩掘进机,于2019年9月成功下线。”贺飞说,设备总长37米,比常规设备缩短80%,转弯半径30米,是常规设备的十分之一。整台设备在掘进过程中可以实现60度左右的转弯,具有安全性好、掘进效率高、适应性强、转场灵活等特点。如今,已有越来越多“会拐弯”的硬岩掘进机应用于各地抽水蓄能项目建设。

“2021年,我们研发制造的硬岩竖井掘进机实现井下无人掘进作业。”中铁装备总工程师贾连辉介绍,目前,中铁装备已实现“用隧道掘进机绘制多维度地下空间”,不仅实现横向、竖向、斜坡向上、转弯等掘进,还可以实现两个平行隧道间的连接。“从‘直来直去’到‘会拐弯能爬坡’,是出渣技术、推进技术的创新,背后是中铁装备强大的科技创新研发能力支撑。”贾连辉说。

为提高创新能力,中铁装备成立了院士工作站、工程技术中心等协同创新平台。2012年以来,研发投入强度平均达8%,先后攻克了超大直径、超小直径、极限工况下的装备设计等技术,成功研制出硬岩掘进机、马蹄形盾构机等一大批创新产品。如今,中铁装备正布局掘进机新技术,建设硬岩掘进机云计算平台和大数据中心,开展新型破岩技术、换刀机器人和无人值守智能掘进技术的研究。

得益于强大的技术研发实力,中铁装备在市场开拓等领域取得了丰硕成果。“2021年,中铁装备出口销量增长50%;2022年,海外合同额继续保持两位数增长。”赵华说,中铁装备隧道掘进机产品出口30多个国家和地区。

“下一步,我们将继续坚持自主创新,聚焦隧道掘进装备基础技术研究,积极开发提高隧道掘进机使用寿命的新材料、新工艺,提供质量更加可靠、安全性水平更好、掘进速度更快、性价比更高的隧道掘进机,推动制造业高端化、智能化、绿色化发展,擦亮中国装备制造业在国际市场上的名片。”赵华说。 (经济日报记者 夏先清 杨子佩)

编辑:卓卓