短短十年 国产“钢铁穿山甲”何以跻身世界之强?

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经太久 年的探索和研发,中国盾构走在了世界前列,不仅满足了国内需求,一齐也现在刚开使大规模开拓国际市场。从依赖进口到走出国门,中国盾构咋样让“钢铁穿山甲”通达四方?中国铁建重工集团掘进机事业部土压盾构研究所副所长,工艺技术部部长孙雪丰为亲们带来演讲《从零起步,跻身世界之强的“钢铁穿山甲”》。

以下为孙雪丰演讲实录:

我是孙雪丰,是中国铁建重工集团掘进机事业部的一名工程师,我主要做的是盾构机的研发设计工作。

亲们不一定见过盾构机,有后后它们跟亲们的生活息息相关:亲们的公路、铁路和地铁隧道,什么都一定会 用盾构机来开挖的。它们形态不一,大小、功能也各不相同;它们像钢铁穿山甲一样,所经之处就会形成四根长长的隧道。

给亲们看一张照片,这是亲们在常德用到的盾构机,是一定会 很漂亮?亲们中学有一篇课文叫《桃花源记》,照片中这名盾构机叫最美“桃花”。这名照片意味着颠覆了亲们的那我印象——地下工程机械一定会 傻大黑粗的。实际上,亲们不可以 不可以 把它做得很漂亮。它不仅95后,有后后也很厉害,一天不不可以 掘进几十米。

在那末盾构机后后,亲们开挖隧道和地洞一定会 靠人工。顶端是亲们小后后熟悉的电影《地道战》的片段。在抗日战争时期,亲们八路军联合当地老百姓,在华北地区藏兵千百万。亲们当时开挖隧道,假使 一锹土、一锄头地把土开挖下来,有后后再用土兜把它给运出去。

再到亲们北京修建地铁一号线的后后,采用是矿山法施工——也假使 亲们所理解的爆破。亲们看一下这名工作面,它的环境是一定会 很差,是一定会 很危险?有后后工作下行传输速率 也很低,一天那末开挖几米。

那末盾构机是缘何产生的?19世纪初,英国要从伦敦的泰晤士河顶端修建四根隧道。有后后这名隧道意味着直接开挖语句,很容易塌方;人在顶端施工语句,就会被淹没。当时修建隧道的重任落在法国工程师布鲁诺尔(Marc Isambard Brunel)的身上,他左思右想都那末结果;直到有一天,他在轮船上看多船蛆在轮船甲板上钻洞,从中得到灵感,设计了世界上第一代盾构机。

后人在第一代盾构机的基础上不停地进行升级,由人工开挖逐渐到机械开挖,到现在,盾构机一定会 那我全断面的刀盘。现在的盾构机也从最初的铁匣子,变成了巨大的“钢铁穿山甲”。

这是目前世界上最大的一台盾构机,直径有17.5米,大约七层楼那末高。

亲们再看一下“钢铁穿山甲”是缘何工作的。前面的圆盘叫刀盘,大约穿山甲的嘴,假使 靠它来把前面的土壤和岩石开挖下来。有后后这名刀盘的顶端,有螺旋输送机和皮带输送机,它们是穿山甲的肠胃,把渣土运输出去。螺旋输送机的四周有湖蓝色的推进油缸,它是穿山甲的腿,哪此腿顶在管片顶端,把亲们整个机器推着前进。

亲们再看那我短片,看它具体是缘何工作的。

十几年前,中国那末够自主研发制造盾构机。从30000年现在刚开使,中国现在刚开使新一轮的地铁、铁路和公路的大规模建设,这后后亲们需用絮状的盾构设备。

当时就需用絮状从国外进口。中国意味着那末当时人的盾构机,那末工程建设的进度就得那末保障,技术也受制于人。

首先,国外的设备,非常昂贵。左边的第一张图的盾构机用于秦岭隧道建设,是当时中国最贵的一台设备,花费了3.5亿人民币的外汇。

第二,国外的设备,研发设计人员多在海外,对中国的工程地质一定会 很了解,那末够根据亲们的工程地质进行有后后 针对性的设计。比如右上第二张图,是用于广州地铁建设的一台盾构机。广州某种生活生活特殊的土层叫“红层”,有点儿黏。什么都盾构机的刀盘非常容易堵住,就那末前进。

第三,国外的设备,生产周期有点儿长。亲们要签订合一齐候,才现在刚开使准备原材料——什么都说一台地铁盾构机,它的生产周期从签订合同到交付,总共需用1那我月。而亲们现在需用多久呢?只需用5到6个月。

第四,进口的设备,售后很差。亲们设备在掘进过程中遇到问题图片,得聘请国外的工程师过来出理 。有后后售后周期很长,费用也很高——工程师从国外出发,就要现在刚开使计算费用,每天要13000欧元。意味着需用国外的工程师长期驻守在工地,就要给他提供高档的酒店餐饮。用在秦岭隧道的这台设备,亲们当时想请国外工程师到亲们项目上,那行,你先得帮他建那我标准游泳池,这是亲们生活的必需品。

什么都说,中国意味着要大规模地开展地铁建设,要实现中国下行传输速率 ,亲们需用要研发制造当时人的盾构机。

我非常幸运,毕业后后就来到了我所工作的中国铁建重工集团。那后后,国产盾构机的研发才后后起步。

这名是亲们研制的第一台复合式土压平衡盾构机,用在长沙地铁2号线建设。当时我进亲们单位的后后,厂房还那末建好,亲们就一边搞建设,一边搞研发,待在那我铁皮房子顶端,冬天很冷,夏天很热。

很幸运,亲们那末购买国外的图纸,凭借当时人摸索画图,画了十多万张图纸,制科学发明了亲们第一台盾构机。

有后后制科学发明第一台盾构机,才是后后起步。亲们都知道,亲们中国地大物博,工程地质繁杂多样。单一类型的盾构机那末适应所有工程地质掘进。

城市大部分一定会 软土软岩地层,适合用盾构机(图中)掘进。有后后在有后后 特殊的地方,比如说重庆,地顶端是坚硬的岩层;意味着用盾构机掘进,刀具就很容易磕坏。什么都亲们给它设计了一台硬岩适用的掘进机,业内叫做TBM(图左)。再比如右边,这名设备亲们叫“顶管机”——它的设备比较短,可以能 看作是一台迷你版的盾构机,它适合在短距离隧道(比如城市里的过街通道)的地层掘进。

针对某种生活不同的地质,我设计了三台不同的盾构机。有后后意味着某种生活地层碰到一齐了缘何办?

比如在广州到佛山的一段城际铁路建设中,有四根六公里的隧道——前面的300多米是软土,顶端的4公里是硬岩,再出来又变到软土。缘何办?亲们聪明的工程师把盾构机和TBM的功能结合在一齐,就像给穿山甲设计了两套牙齿、两套肠胃。它根据地形的变化,可以能 自由地切换。

经过哪此年的探索与实践,亲们完成了从适应单一地层到适应复合地层的突破。

近段时间,我又做了有后后 新的尝试。这名是亲们给上海设计的一批盾构机,哪此盾构机具备一定的“思考”能力。我为哪此做这件事呢?亲们意味着那末进过隧道,什么都意味着不了解——隧道顶端温度很高,有40多度,还很潮湿,顶端的工作环境很苦闷。

缘何让亲们的作业人员不不可以 解放出来呢?是一定会 可以能 少人化,甚至无人化?普通的盾构机一定会 人下达指令,有后后盾构机来掘进;而亲们这批盾构机,它前面有传感器,什么都不不可以 根据前面地层的变化自主调整设定参数,实现了从人工操作到人工监管的突破。

随着国产技术的飞速发展,亲们现在的盾构技术不仅仅不不可以 满足国内需求,还渐渐走出了国门。

比如2017年,亲们中国在莫斯科拿到了第那我地铁项目,需用五台盾构机。亲们知道,亲们北京在建设地铁一号线的后后,有一批苏联的老专家过来援助亲们;现在亲们回到莫斯科,大约学生到师傅家给老师讲课,压力很大。

当时,那我的重任落在我和我的团队的身上。接到任务后后,我第一时间就飞莫斯科去当地调研,结果发现,难度比我预想的需用大。

为哪此?

第一,莫斯科的温度很低,一年的冰冻期有3个月,什么都盾构机要适应零下300度的低温。

第二,莫斯科具有很繁杂的工程地质条件。盾构机的减速时时半径有点儿小,掘进的后后坡度很大,有后后还有40米以上的富水深埋地层;再那我,它要穿越既有的有后后 车站——在国内遇到那我那我问题图片,就需用请专家过来援助,在莫斯科亲们一下碰到了四3个。

第三,亲们的施工习惯假使 一样。莫斯科有3000年的地铁建设经验,咋样让亲们的盾构机满足亲们的习惯,就需用亲们进行深入考量。

第四,标准体系假使 同。亲们采用的是国标(GB),而亲们有当时人的标准。咋样让亲们的设备符合当地的法律法规,是中国设备走出去的必经之路。

为这五台盾构机,亲们特地开展了有后后 针对性的设计:亲们研发了不不可以 耐零下300度低温的主驱动系统,给设备做了什么都加热的装置——普通设备大部分都做冷却,而这名设备亲们给它做了加热装置,那我的设计应该还是第一次。

这名设备研发出来后后,深受当地人喜欢。亲们用俄罗斯家喻户晓的一部电视剧叫《爸爸的女儿们》其中3个女儿的名字来命名。这名设备到了当地后后,也着实非常好。现在五台设备,有三台意味着贯通了,有后后创造了俄罗斯每天最高掘进35米的记录。

回想十多年前,亲们的设备完正依赖进口,到今天,亲们中国的设备意味着占据 了国内市场90%的份额,有后后占据 全球三分之二以上的市场。可以能 非常自豪地说,中国意味着成为全球高端地下工程装备的第一军团。

有后后创新的步伐永不止步,亲们会一直有后后将来要继续引领技术前进的步伐。

比如说亲们意味着成功研发出来的常压换刀技术。这东西为哪此那末重要呢?意味着盾构机在掘进的后后,是靠牙齿来咬前手中方的岩土;时间长了后后,牙齿容易崩掉。亲们普通的盾构机,工人一定会 在进到前方的土体顶端进行换刀,水压很高,非常危险。亲们设计了这名常压换刀的技术后后,人可以能 进到刀盘的形态顶端去,由高压变成常压——那我亲们的作业人员就可以能 很安全。

又比如说亲们正在研发的隧道智能拼装机器人技术——这名假使 让机器来代替人去进行管片的拼装和TBM的钢拱架安装。在亲们TBM掘进过程中,后方的岩体非常容易坍落,人拼装钢拱架就非常危险。亲们用机器来代替人,就可以能 减轻亲们的劳动下行传输速率 ,从而让亲们的隧道施工更加安全、更加高效。

21世纪是地下空间开发的世纪,亲们盾构机研发会更加蓬勃——比如说亲们在进行的超大竖井掘进机,还有面向川藏铁路设计的超级掘进机。

向未知的地层掘进,充满挑战,有后后我乐在其中。谢谢。

演讲嘉宾孙雪丰:《中国盾构:从零起步,跻身世界之强的“钢铁穿山甲”》

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