隧道掘进机“会拐弯能爬坡”——硬装备考验真功夫

2023-02-09 05:54:12 经济日报

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。

(资料图)

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）

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