短短十年 国产“钢铁穿山甲”何以跻身世界之强?

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经太满年的探索和研发,中国盾构走在了世界前列,不仅满足了国内需求,一齐也现在始于大规模开拓国际市场。从依赖进口到走出国门,中国盾构如保让“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朋友带来演讲《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。

朋友不一定见过盾构机,或者 它们跟朋友的生活息息相关:朋友的公路、铁路和地铁隧道,什么都都是用盾构机来开挖的。它们特性不一,大小、功能也各不相同;它们像钢铁穿山甲一样,所经之处就会形成三根长长的隧道。

给朋友看一张照片,这是朋友在常德用到的盾构机,是都是很漂亮?朋友中学有一篇课文叫《桃花源记》,照片中你是什么盾构机叫最美“桃花”。你是什么照片机会颠覆了朋友的一另二个印象——地下工程机械都是傻大黑粗的。实际上,朋友也都须要把它做得很漂亮。它不仅网红 ,或者 也很厉害,一天不需要 掘进几十米。

在没法盾构机日后,朋友开挖隧道和地洞都是靠人工。顶端是朋友小日后熟悉的电影《地道战》的片段。在抗日战争时期,朋友八路军联合当地老百姓,在华北地区藏兵千百万。朋友当时开挖隧道,很久 一锹土、一锄头地把土开挖下来,或者 再用土兜把它给运出去。

再到朋友北京修建地铁一号线的日后,采用是矿山法施工——也很久 朋友所理解的爆破。朋友看一下你是什么工作面,它的环境是都是很差,是都是很危险?或者 工作传输速率也很低,一天没法开挖几米。

没法盾构机是为什么我么我产生的?19世纪初,英国要从伦敦的泰晤士河顶端修建三根隧道。或者 你是什么隧道机会直接开挖语句,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,他左思右想都没法结果;直到有一天,他在轮船上就看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,盾构机都是一另二个全断面的刀盘。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,相当于七层楼没法高。

朋友再看一下“钢铁穿山甲”是为什么我么我工作的。前面的圆盘叫刀盘,相当于穿山甲的嘴,很久 靠它来把前面的土壤和岩石开挖下来。或者 你是什么刀盘的顶端,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暗蓝色的推进油缸,它是穿山甲的腿,那先 腿顶在管片顶端,把朋友整个机器推着前进。

朋友再看一另二个短片,看它具体是为什么我么我工作的。

十几年前,中国没法够自主研发制造盾构机。从30000年现在始于,中国现在始于新一轮的地铁、铁路和公路的大规模建设,这日后朋友须要极少量的盾构设备。

当时就须要极少量从国外进口。中国机会没法当事人的盾构机,没法工程建设的进度就得没法保障,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,对中国的工程地质都是很了解,没法够根据朋友的工程地质进行一点针对性的设计。比如右上第二张图,是用于广州地铁建设的一台盾构机。广州有三种特殊的土层叫“红层”,一阵一阵黏。什么都盾构机的刀盘非常容易堵住,就没法前进。

第三,国外的设备,生产周期一阵一阵长。朋友要签订合同日后,才现在始于准备原材料——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,总共须要1另二个月。而朋友现在须要多久呢?只须要5到6个月。

第四,进口的设备,售后很差。朋友设备在掘进过程中遇到问題,得聘请国外的工程师过来处理。或者 售后周期很长,费用也很高——工程师从国外出发,就要现在始于计算费用,每天要13000欧元。机会须要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,朋友当时想请国外工程师到朋友项目上,那行,你先得帮他建一另二个标准游泳池,这是朋友生活的必需品。

什么都说,中国机会要大规模地开展地铁建设,要实现中国传输速率,朋友须要要研发制造当事人的盾构机。

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

你是什么是朋友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。当时我进朋友单位的日后,厂房还没法建好,朋友就一边搞建设,一边搞研发,待在一另二个铁皮房子顶端,冬天很冷,夏天很热。

很幸运,朋友没法购买国外的图纸,凭借当事人摸索画图,画了十多万张图纸,制发明的故事的故事了朋友第一台盾构机。

或者 制发明的故事的故事第一台盾构机,才是日后起步。朋友都知道,朋友中国地大物博,工程地质繁杂多样。单一类型的盾构机没法适应所有工程地质掘进。

城市大累积都是软土软岩地层,适合用盾构机(图中)掘进。或者 在一点特殊的地方,比如说重庆,地顶端是坚硬的岩层;机会用盾构机掘进,刀具就很容易磕坏。什么都朋友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,你是什么设备朋友叫“顶管机”——它的设备比较短,都须要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。

针对三种不同的地质,我设计了三台不同的盾构机。或者 机会三种地层碰到一齐了为什么我么我办?

比如在广州到佛山的一段城际铁路建设中,有三根六公里的隧道——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。为什么我么我办?朋友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,都须要自由地切换。

经过那先 年的探索与实践,朋友完成了从适应单一地层到适应复合地层的突破。

近段时间,我又做了一点新的尝试。你是什么是朋友给上海设计的一批盾构机,那先 盾构机具备一定的“思考”能力。我为那先 做这件事呢?朋友机会没法进过隧道,什么都机会不了解——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。

为什么我么我让朋友的作业人员不需要 解放出来呢?是都是都须要少人化,甚至无人化?普通的盾构机都是人下达指令,或者 盾构机来掘进;而朋友这批盾构机,它前面有传感器,什么都不需要 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,朋友现在的盾构技术不仅仅不需要 满足国内需求,还渐渐走出了国门。

比如2017年,朋友中国在莫斯科拿到了第一另二个地铁项目,须要五台盾构机。朋友知道,朋友北京在建设地铁一号线的日后,有一批苏联的老专家过来援助朋友;现在朋友回到莫斯科,相当于学生到师傅家给老师讲课,压力很大。

当时,曾经的重任落在我和我的团队的身上。接到任务日后,我第一时间就飞莫斯科去当地调研,结果发现,难度比我预想的须要大。

为那先 ?

第一,莫斯科的温度很低,一年的冰冻期有二个月,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。盾构机的加速运动 半径一阵一阵小,掘进的日后坡度很大,或者 还有40米以上的富水深埋地层;再一另二个,它要穿越既有的一点车站——在国内遇到曾经一另二个问題,就须要请专家过来援助,在莫斯科朋友一下碰到了四二个。

第三,朋友的施工习惯很久 一样。莫斯科有3000年的地铁建设经验,如保让朋友的盾构机满足朋友的习惯,就须要朋友进行深入考量。

第四,标准体系很久 同。朋友采用的是国标(GB),而朋友有当事人的标准。如保让朋友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,朋友特地开展了一点针对性的设计:朋友研发了不需要 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——普通设备大累积都做冷却,而你是什么设备朋友给它做了加热装置,曾经的设计应该还是第一次。

你是什么设备研发出来日后,深受当地人喜欢。朋友用俄罗斯家喻户晓的一部电视剧叫《爸爸的女儿们》其中二个女儿的名字来命名。你是什么设备到了当地日后,也虽然 非常好。现在五台设备,有三台机会贯通了,或者 创造了俄罗斯每天最高掘进35米的记录。

回想十多年前,朋友的设备完整篇 依赖进口,到今天,朋友中国的设备机会存在了国内市场90%的份额,或者 存在全球三分之二以上的市场。都须要非常自豪地说,中国机会成为全球高端地下工程装备的第一军团。

或者 创新的步伐永不止步,朋友会老要或者 将来要继续引领技术前进的步伐。

比如说朋友机会成功研发出来的常压换刀技术。这东西为那先 没法重要呢?机会盾构机在掘进的日后,是靠牙齿来咬前手中方的岩土;时间长了日后,牙齿容易崩掉。朋友普通的盾构机,工人都是在进到前方的土体顶端进行换刀,水压很高,非常危险。朋友设计了你是什么常压换刀的技术日后,人都须要进到刀盘的特性顶端去,由高压变成常压——曾经朋友的作业人员就都须要很安全。

又比如说朋友正在研发的隧道智能拼装机器人技术——你是什么很久 让机器来代替人去进行管片的拼装和TBM的钢拱架安装。在朋友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。朋友用机器来代替人,就都须要减轻朋友的劳动传输速率,从而让朋友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,朋友盾构机研发会更加蓬勃——比如说朋友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,或者 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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