好設計讓中鐵裝備名揚四海

文/本刊記者 高茜

2017年8月1日，直徑為9.03米、我國自主研制的國內最大直徑敞開式硬巖掘進機“彩云號”在昆明中鐵電建總裝車間下線，它將投入到亞洲第一鐵路長隧——大瑞鐵路高黎貢山隧道的施工，填補了國內9米以上大直徑硬巖掘進機的空白，打破了“洋盾構”一統(tǒng)天下的局面；

2017年8月7日，一臺為汕頭海灣隧道量身定制的、直徑達15.03米、長130米的超大直徑混合盾構機下線，這臺“巨無霸”馬上要奔赴它的戰(zhàn)場，打出一條海底隧道；

2018年1月3日，由中鐵裝備自主研發(fā)、世界首創(chuàng)的馬蹄形盾構機在蒙華鐵路白城隧道掘進突破3000米大關。

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提起中國創(chuàng)新設計，不得不說，作為中國制造的堅強后盾——中鐵裝備研制的盾構機不斷刷新世界紀錄，掘出中國速度。

城市地下空間的“穿行者”

盾構是用于保護地層穩(wěn)定的掘進機的防護結構，材質為混凝土、鑄鐵或鋼制，它利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點向前推進，用刀盤切割土體，同時排土和拼裝后面的預制混凝土襯砌塊，為掘進機提供了工作時的臨時支撐。

在盾構機沒有出現(xiàn)之前，修建地下工程，大都依靠人力挖掘，或者直接進行露天開挖土石方工程，這樣既占用大面積的土地，又影響人們的正常出行。

作為世界雙500強企業(yè)——中國中鐵股份有限公司下屬的子公司，中鐵工程裝備集團有限公司（簡稱“中鐵裝備”）是專業(yè)從事隧道掘進機（盾構機和TBM硬巖掘進機）研發(fā)制造和技術服務的大型國有企業(yè)，同時也是中國盾構行業(yè)起步較早、發(fā)展快、實力強、擁有核心技術和自主知識產權多、市場占有率高、海外出口盾構最多的專業(yè)化企業(yè)。

“盾構機問世至今已有近180年的歷史，始于英國，發(fā)展于日本、 德國。國外的產品昂貴，在使用上也存在著設計不便利、售后服務不到位等問題。我們就從這兩個問題著手進行突破?！敝袊需F工程裝備集團有限公司黨委書記、董事長譚順輝說。

2008年，中鐵裝備首臺盾構機設備在河南新鄉(xiāng)成功下線，這是我國首臺自主研制的盾構機設備，性能表現(xiàn)優(yōu)于進口設備。

2014年，習近平總書記視察中鐵工程裝備集團時，提出了“三個轉變”的要求，囑托中鐵裝備要努力占領世界制高點、掌控技術話語權。

作為國家“北煤南運”戰(zhàn)略運輸通道，蒙華鐵路（內蒙古西部—華中地區(qū)）全長1837公里，是國內最長的運煤專線。其中白城隧道位于陜西靖邊縣境內，全長3345米，最大埋深81.05米，設計時速120公里。此地段處于我國毛烏素沙漠與黃土高原交界處，屬軟土軟巖地質，如采用傳統(tǒng)隧道施工方式掘進，極易出現(xiàn)塌方、掉拱等事故。

為了解決這一難題，中鐵裝備自主研發(fā)的馬蹄形盾構機，刀盤高10.95米、寬11.9米，盾體采用梭式結構，有效降低盾體與地層之間的摩擦力，減小推進阻力；雙螺旋輸送機出土，刀盤采用九個小刀盤共同組成一個馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式，可進行全斷面切削。

鄭州中州大道紅專路下穿隧道距離中州大道路面埋深只有3米左右，該工程在下穿工程中屬于埋深較淺的，如果隧道埋深小于盾構直徑，盾構會在穩(wěn)定性很差的人工堆積層中掘進，易造成開挖面土體塌方，造成中州大道路面沉降。

中鐵裝備依托河南省重大科技專項、鄭州市重大科技專項以及中國中鐵股份有限公司重大科研項目等課題不斷加大矩形頂管機關鍵技術研發(fā)，于2013年12月成功研發(fā)設計出具有完全自主知識產權的超大斷面（長10.12m×高7.27m）矩形頂管機。

突破六刀盤復合開挖聯(lián)合控制、耦合糾偏、動態(tài)減摩降阻、及強化超大斷面結構強度等關鍵技術難題，相比于同類圓形頂管機或者常規(guī)圓形盾構機，它在城市短距離隧道施工中適應性更高，覆土更淺、對始發(fā)場地面積要求更小，所開挖的隧道，有效使用面積能夠增加20%以上，減少了圓形隧道仰拱澆筑的步驟，可大大提高后續(xù)輔助施工效率。

而且在成功應用于鄭州中州大道紅專路下穿隧道后，中鐵裝備帶領矩形頂管機又完成了新加坡湯申線地鐵出入口通道、天津黑牛城過街通道等項目，徹底改變了下穿隧道施工需“開膛破肚”、斷行的歷史，有效緩解了城市交通壓力，是城市下穿隧道、地鐵出入口通道、地下停車場、綜合管廊等地下工程建設方案的解決者。

當之無愧地成為一項“中國好設計”。密合作，提供地下空間綜合開發(fā)解決方案?！?/p>

中鐵裝備生產了近600臺各具特色的盾構產品，推出土壓平衡盾構、泥水平衡盾構機、硬巖掘進機、異形盾構機、多模式盾構機等多種產品。這些產品無論身處何地，都可以在后臺監(jiān)控其各項參數(shù)。中鐵裝備的盾構遠程信息服務中心，可實時監(jiān)控每一臺盾構機的運行狀況，并在線分析實時數(shù)據(jù)，極大縮短設備預警以及故障解決的周期，為掘進設備保駕護航。

同時，依托“TBM（硬巖掘進機）安全高效掘進全過程信息化智能控制與支撐軟件基礎研究”973計劃項目，中鐵裝備已能進行智能設計，大幅提升掘進機的設計、制造水平。最顯著的好處是，它能夠實現(xiàn)掘進機的智能掘進，也許將在不遠的將來讓“無人值守、智能掘進”成為現(xiàn)實。

中鐵裝備通過超大斷面矩形頂管機的設計制造，凝聚一批自主知識產權成果，且該研究成果已通過國際查新與國家礦山機械質量監(jiān)督檢驗中心的檢驗認證，并先后獲國家授權發(fā)明專利21項，相繼榮獲2014年中國鐵路工程總公司科學技術獎一等獎、2016年中國好設計金獎、2017年鄭州市科學技術進步獎特等獎、河南省科學技術進步獎一等獎。

四年來，中鐵裝備先后研制出了“世界最大斷面矩形盾構機”“世界最小直徑硬巖TBM”“世界首臺馬蹄形盾構機”“國內自主設計制造的最大直徑（15.03米）泥水平衡盾構機”等系列產品不斷刷新記錄，使得研發(fā)制造能力保持在世界領先水平。

自主智能設計成為重要推進力量

譚順輝指出，如果用一句話概括中國盾構技術的發(fā)展歷程，可以說是“從無到有，從有到優(yōu)”。

“我們每年有將近十個左右的新產品推出，在科技活動方面的投入占營業(yè)收入的10%。國家對中鐵裝備等高新裝備企業(yè)要求的科技活動投入在3.5%，我們提高了三倍。這樣的研發(fā)經(jīng)費比例與華為接近?！弊T順輝強調，“中鐵裝備下設有設計研究總院、地下空間設計研究院、智能工程研究院的科技工作體系，通過緊

“鉆”出世界級速度

“中鐵裝備已成為國內最大、世界第二的隧道裝備供應商，產品出口海外11個國家和地區(qū)，中國品牌在世界市場的影響力與日俱增。”譚順輝介紹說。

在黎巴嫩的首都貝魯特，幾乎家家戶戶的樓頂都可以看到裝置著多個大水箱，居民就是用這些水箱來儲存日常用水。水箱里的水是由專門的送水車收費送上門，但這種水，只能供貝魯特居民日常洗漱使用，飲用水居民還需要額外花錢購買。

2014年，黎巴嫩政府決定建造一個“大貝魯特飲水工程”解決首都居民飲水問題。然而，貝魯特地區(qū)位于黎巴嫩海岸線突出的海岬上，沿海山脈底部是喀斯特地貌，山體巖石堅硬或是中等硬度，山體地質高風化、斷層多。想要建造一個飲水工程，就必須在這樣特殊地質的山體中打穿隧洞，而且這種隧洞的直徑只能允許3.5米。但當時全世界都沒有這么小直徑的掘進機，中標黎巴嫩大貝魯特飲水工程的意大利施工方始終無法解決這個難題。

為掌握小直徑硬巖掘進機整機設計及應用等關鍵技術，打破國外壟斷局面，提高我國硬巖掘進機重大裝備技術水平及核心競爭力，推動重大裝備走出國門，中國中鐵工程裝備集團有限公司收購了德國維爾特硬巖掘進機知識產權和品牌使用權，并以國家973、863計劃項目為依托，加強研發(fā)小直徑全斷面巖石隧道掘進機（TBM）的自主設計和制造技術力度。

經(jīng)過5年時間的攻關，中鐵工程裝備集團有限公司自主掌握了雙X撐靴式巖石隧道掘進機刀盤刀具設計制造技術、刀具背裝技術、刀群高效破巖技術、動力驅動與推進技術、電液控制系統(tǒng)集成技術以及大型結構件制造及整機聯(lián)調聯(lián)試技術等核心關鍵技術。并采用國際標準規(guī)范背裝式刀具、人員通道、電氣設備、防火降噪、通風及有害氣體控制的設計，且配置了逃生艙、廁所等眾多人性化裝備，讓中國巖石隧道掘進機更能適應“洋環(huán)境”。

2016年1月27日，自主研制的世界最小直徑3.53米雙X撐靴式巖石隧道掘進機在鄭州中鐵裝備車間正式下線。

同年8月、9月，兩臺“中國造”、直徑僅有3.5米的“世界最小”硬巖掘進機——中鐵237號和238號，在黎巴嫩先后投入使用。這項黎巴嫩大貝魯特引水工程由國際知名建筑商意大利CMC公司開始進行施工建設，中鐵裝備生產的硬巖掘進機也因此走進了意大利的市場。

黎巴嫩政府特別為這兩臺硬巖掘進機分別起名為“麗雅”和“雅斯米納”，分別象征“慷慨、正直、開放”和“勇敢、果斷、活力”。別看它們塊頭小，“中鐵237號”卻“鉆”出了世界級速度。自2016年8月1日始發(fā)以來，這臺掘進機最高日進尺達到了48米，遠高于世界其它同類設備水平。

小直徑雙X撐靴式巖石隧道掘進機的成功研制攻克了地層埋深大、巖石強度大、巖體風化不均、且存在溶洞、涌水風險等結構異常復雜的地質施工難題，突破了狹小空間完成支護、隧道頂部完成皮帶機糾偏、超前預報和支護系統(tǒng)以及狹小空間進行維護和作業(yè)等關鍵技術。這是中國自主品牌巖石隧道掘進機首次出口歐洲，標志著中國全斷面隧道掘進機得到了國際市場的全面認可。

截至目前，中鐵裝備產品已銷往馬來西亞、新加坡、意大利、以色列、印度、黎巴嫩、埃塞俄比亞、越南等國，成為出口海外盾構設備數(shù)量最多、種類最齊全、覆蓋國家和地區(qū)最廣泛的國內盾構企業(yè)。

中鐵裝備以不斷的設計創(chuàng)新，演繹著中國制造從“跟跑”到“領跑”的傳奇，推動著中國由“制造大國”向“制造強國”的轉變。