9月29日，具有里程碑意義的中國(guó)中鐵自主研制的第1000臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，在鄭州中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司下線。這臺(tái)直徑8.64米的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（粵海14號(hào)），將用于廣東珠江三角洲水資源配置工程。
第1000臺(tái)盾構(gòu)機(jī)下線儀式現(xiàn)場(chǎng)
12年前，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)還是0
“盾構(gòu)機(jī)，實(shí)際上是中國(guó)人的‘爭(zhēng)氣機(jī)’！”在下線儀式現(xiàn)場(chǎng)，中鐵裝備黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)卓普周說(shuō)，在2008年以前，盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)還被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)使用的盾構(gòu)機(jī)嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。由于不掌握核心技術(shù)，設(shè)備需要外國(guó)專(zhuān)家遠(yuǎn)渡重洋進(jìn)行檢修。昂貴的進(jìn)口成本，低效的設(shè)備維護(hù)，耗時(shí)的跨國(guó)溝通，中國(guó)在盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用上處處受制于人，嚴(yán)重影響著中國(guó)基建的效率和發(fā)展。
“盾構(gòu)關(guān)乎國(guó)家建設(shè)，一定要造出屬于中國(guó)人的盾構(gòu)！”這是最早一批使用國(guó)外盾構(gòu)機(jī)的中鐵人共同的夢(mèng)想。
經(jīng)過(guò)多年探索與努力，我國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)突破核心技術(shù)封鎖，2008年研發(fā)制造了中國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)——中國(guó)中鐵1號(hào)，實(shí)現(xiàn)了從0到1的跨越。次年，中鐵裝備成立，在鄭州建立了國(guó)內(nèi)最大盾構(gòu)研發(fā)制造基地，拉開(kāi)了中國(guó)盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的序幕。
“造中國(guó)人自己的盾構(gòu)，造中國(guó)最好的盾構(gòu)，造世界最好的盾構(gòu)�！痹谥需F裝備盾構(gòu)車(chē)間的三句醒目標(biāo)語(yǔ)，既是對(duì)中鐵裝備盾構(gòu)機(jī)騰飛之路最真實(shí)的寫(xiě)照，也是中國(guó)工業(yè)自強(qiáng)不息奮斗史的縮影。
從2008年第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)下線，到如今盾構(gòu)訂單超過(guò)1200臺(tái)、出廠1000臺(tái)、出口21個(gè)國(guó)家和地區(qū)，成為世界知名的中國(guó)盾構(gòu)行業(yè)領(lǐng)先者，支撐中鐵裝備快速發(fā)展、中國(guó)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的，正是創(chuàng)新創(chuàng)造。
最近3年，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)銷(xiāo)量世界第一
“上天有神舟，下海有蛟龍，入地有盾構(gòu)”，隧道掘進(jìn)機(jī)可穿山越海，是集機(jī)械、電氣、液壓、傳感、信息、力學(xué)、導(dǎo)向研究等技術(shù)于一體的高端裝備。
2013年12月，中鐵裝備成功研制了超大斷面矩形盾構(gòu)，首次將矩形盾構(gòu)用于城市下穿隧道和地下停車(chē)場(chǎng)的施工；2016年10月，為浩吉鐵路白城隧道定制世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)——“蒙華號(hào)”，應(yīng)用項(xiàng)目榮獲2018年ITA （世界隧道協(xié)會(huì)）“科技項(xiàng)目創(chuàng)新獎(jiǎng)”，標(biāo)志著中國(guó)在異形盾構(gòu)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平；2018年，用于寧波軌道交通3號(hào)線鄞南區(qū)間工程的國(guó)內(nèi)首臺(tái)聯(lián)絡(luò)通道盾構(gòu)機(jī)成功應(yīng)用。
中國(guó)是世界上隧道及地下工程規(guī)模最大、數(shù)量最多、地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)形式最復(fù)雜、修建技術(shù)發(fā)展速度最快的國(guó)家，涌現(xiàn)出了以中鐵裝備為代表的中國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)企業(yè)的佼佼者，誕生了中國(guó)最大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)、世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)、世界最大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)等一系列標(biāo)志性、創(chuàng)新性產(chǎn)品，并不斷向世界最大、世界最小、世界首臺(tái)發(fā)起沖鋒，在世界隧道掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)域刷新中國(guó)高度。
2012年中鐵裝備第一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)走出國(guó)門(mén)，成功應(yīng)用于馬來(lái)西亞。至今，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)先后應(yīng)用到新加坡、意大利、波蘭、澳大利亞、法國(guó)等世界各地，中鐵裝備2017年、2018年、2019年連續(xù)三年產(chǎn)銷(xiāo)量世界第一。
“中國(guó)盾構(gòu)下一步將挑戰(zhàn)18米直徑的世界紀(jì)錄，一個(gè)盾構(gòu)機(jī)就有六層樓那么高。”中國(guó)工程院院士楊華勇接受記者采訪時(shí)說(shuō)。
9月28日，格魯吉亞KK公路項(xiàng)目世界最大直徑（15.08米）硬巖掘進(jìn)機(jī)發(fā)運(yùn)
盾構(gòu)機(jī)是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進(jìn)機(jī)。盾構(gòu)的施工法是掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)的同時(shí)構(gòu)建（鋪設(shè)）隧道之“盾”（指支撐性管片），它區(qū)別于敞開(kāi)式施工法。 國(guó)際上，廣義盾構(gòu)機(jī)也可以用于巖石地層，只是區(qū)別于 敞開(kāi)式（非盾構(gòu)法）的隧道掘進(jìn)機(jī)。而在我國(guó)，習(xí)慣上將用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為（狹義）盾構(gòu)機(jī)，將用于巖石地層的稱(chēng)為（狹義）TBM。
（全斷面）隧道掘進(jìn)機(jī)里一部分采用盾構(gòu)法，一部分采用敞開(kāi)式施工法，例如，由中國(guó)鐵建重工自主研制的全斷面雙護(hù)盾巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM) 自帶雙護(hù)盾，不需要構(gòu)建（鋪設(shè)）隧道之“盾”即不需要鋪設(shè)管片，而是集開(kāi)挖、支護(hù)、出渣于一體，可以實(shí)現(xiàn)隧道的一次成型。
應(yīng)用原理
盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾，它對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時(shí)支撐的作用，承受周?chē)翆拥膲毫Γ袝r(shí)還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行。
發(fā)展歷史
據(jù)了解，采用盾構(gòu)法施工的掘進(jìn)量占京城地鐵施工總量的45%，共有17臺(tái)盾構(gòu)機(jī)為地鐵建設(shè)效力。雖然盾構(gòu)機(jī)成本高昂，但可將地鐵暗挖功效提高8到10倍，而且在施工過(guò)程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無(wú)噪音，地面不沉降，不影響居民的正常生活。不過(guò)，大型盾構(gòu)機(jī)技術(shù)附加值高、制造工藝復(fù)雜，國(guó)際上只有歐美和日本的幾家企業(yè)能夠研制生產(chǎn)。
盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世至今已有近200年的歷史，其始于英國(guó)，發(fā)展于日本、德國(guó)。40年多來(lái)，通過(guò)對(duì)土壓平衡式、泥水式盾構(gòu)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)，如盾構(gòu)機(jī)的有效密封，確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi)，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對(duì)一些惡劣地質(zhì)如高水壓條件的處理技術(shù)
等方面的探索和研究解決，使盾構(gòu)機(jī)有了很快的發(fā)展。盾構(gòu)機(jī)尤其是土壓平衡式和泥水式盾構(gòu)機(jī)在日本由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及實(shí)際工程的需要發(fā)展很快。德國(guó)的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)也有獨(dú)到之處，尤其是在地下施工過(guò)程中，保證密封的前提以及高達(dá)0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤(pán)上的刀具，從而提高盾構(gòu)機(jī)的一次掘進(jìn)長(zhǎng)度。德國(guó)還開(kāi)發(fā)了在密封條件下，從大直徑刀盤(pán)內(nèi)側(cè)常壓空間內(nèi)更換被磨損的刀具。
盾構(gòu)機(jī)的選型原則是因地制宜，盡量提高機(jī)械化程度，減少對(duì)環(huán)境的影響。
參與沈陽(yáng)地鐵工作的盾構(gòu)機(jī)名為開(kāi)拓者號(hào)，總長(zhǎng)為64.7米，盾構(gòu)部分9.08米，重量為420噸，其工作誤差不超過(guò)幾毫米。
價(jià)格：德國(guó)進(jìn)口的盾構(gòu)機(jī)大概需要人民幣5000萬(wàn)元，日本進(jìn)口的盾構(gòu)機(jī)大概需要人民幣3000萬(wàn)元以上，國(guó)產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)價(jià)格一般在2500-5000萬(wàn)左右。
國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)是上海隧道工程股份有限公司研制的國(guó)產(chǎn)“863”系列盾構(gòu)機(jī)。
2007年7月，北方重工集團(tuán)董事長(zhǎng)耿洪臣與法國(guó)NFM公司原股東正式簽署了股權(quán)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，以絕對(duì)控股方式成功結(jié)束了歷時(shí)兩年的并購(gòu)談判，使北方重工擁有了世界上最先進(jìn)的全系列隧道盾構(gòu)機(jī)的核心技術(shù)和知名品牌。
2015年11月14日，由中國(guó)鐵建重工集團(tuán)和中鐵十六局集團(tuán)合作研發(fā)的中國(guó)國(guó)產(chǎn)首臺(tái)鐵路大直徑盾構(gòu)機(jī)在長(zhǎng)沙下線，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破了國(guó)外近一個(gè)世紀(jì)的技術(shù)壟斷，將加速中國(guó)快速城市化和大鐵路網(wǎng)建設(shè)的步伐。本次下線的大直徑盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖直徑8.8米，總長(zhǎng)100米，每臺(tái)售價(jià)比進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品便宜2000萬(wàn)元以上，性?xún)r(jià)比高，可靠性好，能夠適用于多種復(fù)雜地層，下線后將服務(wù)于廣珠城際軌道交通線。
2018年3月13日，由中國(guó)自主研發(fā)的出口海外超大直徑盾構(gòu)機(jī)在中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司總裝車(chē)間下線，這臺(tái)直徑達(dá)12.12米的超大直徑泥水氣壓平衡盾構(gòu)機(jī)，將用于中國(guó)在海外最大的盾構(gòu)公路隧道項(xiàng)目——孟加拉國(guó)卡納普里河底隧道工程，這也是南亞地區(qū)投入使用的最大直徑盾構(gòu)機(jī)，終結(jié)歐美壟斷。
2020年6月18日，寬14.82米、高9.446米的世界最大土壓平衡矩形盾構(gòu)機(jī)“南湖號(hào)”順正式在嘉興市區(qū)快速路環(huán)線下穿南湖大道隧道工程投入使用。
分類(lèi)
盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專(zhuān)用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多門(mén)學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計(jì)制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。
半敞開(kāi)式
手掘式及半機(jī)械式盾構(gòu)均為半敞開(kāi)式開(kāi)挖，這種方法適于地地質(zhì)條件較好，開(kāi)挖面在掘進(jìn)中能維持穩(wěn)定或在有輔助措施是能維持穩(wěn)定的情況，其開(kāi)挖一般是從頂部開(kāi)始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行臨時(shí)支撐。采用敞開(kāi)式開(kāi)挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)，要適當(dāng)控制超挖量與暴露時(shí)間。
機(jī)械切削式
指與盾構(gòu)直徑相仿的全斷面旋轉(zhuǎn)切削刀盤(pán)開(kāi)挖方式。 根據(jù)地質(zhì)條件的好壞，大刀盤(pán)可分為刀架間無(wú)封板及有封板兩種。刀架間無(wú)封板適用于土質(zhì)較好的條件。大刀盤(pán)開(kāi)挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開(kāi)式開(kāi)挖便于超挖。此外，清除障礙物也不如敞開(kāi)式開(kāi)挖。使用大刀盤(pán)的盾構(gòu)，機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜，消耗動(dòng)力較大。
網(wǎng)格式
采用網(wǎng)格式開(kāi)挖，開(kāi)挖面由網(wǎng)格梁與格板分成許多格子。開(kāi)挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網(wǎng)格厚度范圍內(nèi)的阻力而產(chǎn)生的。當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，土體就從格子里擠出來(lái)。根據(jù)土的性質(zhì)，調(diào)節(jié)網(wǎng)格的開(kāi)孔面積。采用網(wǎng)格式開(kāi)挖時(shí)，在所有千斤頂縮回后，會(huì)產(chǎn)生較大的盾構(gòu)后退現(xiàn)象，導(dǎo)致地表沉降，因此，在施工務(wù)必采取有效措施，防止盾構(gòu)后退。
擠壓式
全擠壓式和局部擠壓式開(kāi)挖，由于不出土或只部分出土，對(duì)地層有較大的擾動(dòng)，在施工軸線時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)地面建筑物。局部擠壓式施工時(shí)，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時(shí)，盾構(gòu)把四周一定范圍內(nèi)的土體擠密實(shí)。
需求特點(diǎn)
泥水式盾構(gòu)機(jī)是通過(guò)加壓泥水或泥漿(通常為膨潤(rùn)土懸浮液)來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面，其刀盤(pán)后面有一個(gè)密封隔板，與開(kāi)挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開(kāi)挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經(jīng)分離后泥漿重復(fù)使用。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是把土料(必要時(shí)添加泡沫等對(duì)土壤進(jìn)行改良)作為穩(wěn)定開(kāi)挖面的介質(zhì)，刀盤(pán)后隔板與開(kāi)挖面之間形成泥土室，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運(yùn)出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)盾構(gòu)機(jī)不同的分類(lèi)，盾構(gòu)開(kāi)挖方法可分為：敞開(kāi)式、機(jī)械切削式、網(wǎng)格式和擠壓式等。為了減少盾構(gòu)施工對(duì)地層的擾動(dòng)，可先借助千斤頂驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)使其切口貫入土層，然后在切口內(nèi)進(jìn)行土體開(kāi)挖與運(yùn)輸 。
用盾構(gòu)法的機(jī)械進(jìn)行隧洞施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開(kāi)挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開(kāi)挖時(shí)不影響地面交通等特點(diǎn)，在隧洞洞線較長(zhǎng)、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理。
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào),百度百科
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