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        “國之重器”之⑤:從超小到超大直徑掘進機,鐵建重工研制最全系列大國重器,服務大國工程

        量體裁衣,高端定制,從0.5-23米級直徑全覆蓋,無論豎井、斜井,還是水平掘進,鐵建重工國之重器都能滿足大國工程所需。本期《“國之重器”之⑤:從超小到超大直徑掘進機,鐵建重工研制最全系列大國重器,服務大國工程……》,帶您走近鐵建重工“掘進機王國”,領略“國之重器”的獨特魅力。

        國之重器

        超大

        國產最大榮光,成就“大國重器”

        2021年5月28日,習近平總書記在兩院院士大會上指出“最大直徑盾構機順利始發”。2021年10月21日,“京華號”榮耀參加國家“十三五”科技創新成就展,成為國家先進制造業和科技創新不斷深度融合、助推制造業科技升級的典型樣本,受到黨和國家領導人檢閱。

        一時間,最大開挖直徑16.07米、長150米、重4300噸的國產最重大直徑盾構“京華號”盾構機成為了大家關注的重點。

        據了解,“京華號”服務的項目是我國北方地區最大的盾構隧道。隧道總長達7338米,一次連續掘進最長距離達4773米,是國內超大直徑盾構單次掘進長度最長的隧道之一。需穿越北京副中心城市核心區,地下管線構筑物復雜、實施難度極大,需上跨或下穿多條道路、軌道及河流。最深處穿越副中心站綜合樞紐,最大頂覆土深度59米,多個盾構深度指數均為全北京之最。

        隧道需要穿越砂土、富水高致密砂層、粉土及黏性土交互層等復雜地質,工程面臨超大直徑、超長距離、超深覆土、超敏感環境等施工難點。“京華號”的研制突破了多項核心技術,同時根據工程特點,定制化搭載了多個創新裝置。

        2021年11月1日,北京東六環改造工程傳來捷報,“京華號”單月進尺542米,創造了14米級以上超大直徑盾構機月進尺新紀錄,實現了隧道持續、高效、高質量、環保施工。

        截止目前,“京華號”已連續穿越京哈鐵路和北京城市副中心站交通樞紐,平安突破全線最大風險區,創造我國超大直徑盾構隧道施工奇跡。“京華號”的成功應用,標志著我國超大直徑盾構機技術躋身世界前列,成為引領中國制造邁向中國創造、推動高質量發展的生動案例。

        超長

        獨頭掘進21公里,鐵建重工TBM創新紀錄

        今年,鐵建重工敞開式TBM,在西北引水工程獨頭掘進突破21公里,創國內同類產品最長獨頭掘進距離紀錄。

        在該地區系列工程中,鐵建重工TBM展現過硬實力。由于工程位于地震帶,設備在掘進的時候,接連遇到斷層破碎帶、蝕變巖、硬巖、巖爆、突泥涌沙、大涌水等完全不同的地質狀況,地質變化多、變化快,施工難度在全球工程領域都很少見。鐵建重工TBM通過開創性地配置液壓馬達和電機雙驅動,破解了困擾挖掘行業五十多年的世界級難題——“卡機”,確保工程順利進行。

        超快

        用時2個月,模塊化生產踐“初心”

        2個月的時間,可以完成多少工作量?2018年1月18日,國產首臺穿越黃河供暖管道大直徑泥水平衡盾構機“初心號”在湖南長沙下線。作為首次在穿黃供暖管道使用的大直徑泥水平衡盾構機,“初心號”應用于寧夏銀川智能化集中供熱項目一期穿越黃河段盾構隧道工程,接受多項地質難題考驗。

        為保障工程建設工期,“初心號”從研制開始,便采用模塊化設計、儲備式生產的快速反應和交貨機制,打破了目前國內外大直徑盾構機6-8個月的生產周期瓶頸,僅用2個月時間完成了設計、制造、調試,并且僅用2周時間完成了工地組裝調試任務,兩項時間分別創造了行業最快紀錄,保障了設備的順利始發。

        2018年8月7日,隨著刀盤的隆隆轉動,“初心號”盾構機在黃河南岸接收端破土而出,正式宣告國內首條大直徑穿越黃河供暖專用隧道勝利貫通。

        在掘進階段,這種快節奏仍在延續。“初心號”在歷經4個月不間斷掘進后,順利貫通單線1838米長的穿黃隧道,最高日進尺33.6米,最高月進尺704米,平均月進尺達500米,創造了國內泥水盾構連續施工最好紀錄,實現了隧道施工的提前完工,為后期管道安裝及系統調試爭取了寶貴時間。

        超美

        史上最美盾構機,掘勝千里沅江第一隧

        項目地層富含承壓水,滲透系數大,水壓高。江中段最大覆土18.2米,最小覆土11.3米,汛期最大水土壓力達5.5倍大氣壓力。始發端隧道覆土6米,接收端隧道覆土4.6米,均小于盾構直徑,盾構機始發和接收的安全風險高。

        針對這些地質難題,鐵建重工針對性設計研制的“沅安號”盾構機,盾構機刀盤直徑11.75米,整機長度132米,重達3000噸,刀盤設計為桃花瓣形,應用在桃花源故里,被譽為“史上最美盾構機”。

        “沅安號”盾構機采用自主研發的常壓換刀技術,常壓更換一把刀具只需40分鐘,比帶壓換刀效率提高了10倍以上,能夠有效避免由工作人員帶壓進行換刀作業的風險,使換刀作業更安全更快捷,大大提高了作業效率。

        超萌

        功夫熊貓,掘勝未來

        2021年7月10日,國產最大直徑土壓平衡盾構機“錦繡號”在湖南長沙下線。“錦繡號”開挖直徑達12.79米,將參與成(都)自(貢)高鐵錦繡隧道建設。同年11月1日上午10點,隨著“始發令”下達,直徑12.79米的“錦繡號”熊貓刀盤開始緩緩轉動,身披紅妝的盾構機整體向前緩緩推進。

        據了解,“錦繡號”總長135米,總重3000噸,裝機功率約7500千瓦,約是大火箭“胖五”體積的15倍。刀盤涂裝極具四川特色,一只懷抱嫩竹的大熊貓占據C位,呆萌可愛、栩栩如生,被網友稱為“最萌大國重器”。

        而錦繡隧道作為成自鐵路的重點工程,全長3655米,其中盾構區間2620米,主要穿越地層為弱風化泥巖,最大埋深約68米,最小覆土厚度不足8米,沿線地面為成都市繁華地帶,構筑物和既有鐵路分布密集,具有開挖斷面大、施工距離長、地層粘性強、埋深大、覆土淺等特點,盾構施工安全風險高、難度大。

        為了確保盾構施工安全、高效地進行,鐵建重工根據錦繡隧道的地質特點和水文條件,為“錦繡號”精心配置了多項“黑科技”,最大程度上滿足了盾構施工的掘進需求,有效減少了復雜地層下盾構施工的安全風險,為此次“錦繡號”安全高效掘進打下了堅實的基礎。

        超方

        顏值即實力,異形掘進機顯神威

        2019年,由鐵建重工自主研制的國產首臺永磁驅動矩形頂管機在湖南長沙成功下線,該設備具有完全自主知識產權。

        該設備斷面為矩形,與圓形斷面相比,其有效使用面積增大了20%以上,科學合理的利用了地下空間。采用永磁變頻電機驅動,體積小,效率高,比同功率的異步電機高出5%以上,且環保節能,大大減少電機能量的損耗,降低隧道施工的環境溫度,有利于整機穩定運行和人員施工作業。

        該設備采用6個刀盤同時開挖,完成工程后,6個刀盤的驅動機構可再利用于制造6臺小直徑圓形盾構機,延伸矩形頂管機再利用價值。

        2020年3月25日,國產首臺永磁驅動矩形頂管機順利貫通首區間,10米級以上矩形大斷面一次頂進144米最長紀錄。標志著該設備取得成功應用,打開了城市地下通道頂管施工的新局面。

        超小

        小身材大用途,麻雀雖小五臟俱全

        與動輒十幾米直徑的“龐然大物”相比,在鐵建重工有這樣一批“小家伙”,它們直徑不到一米,最小直徑不到0.5米,卻有著無人能及的大用途。

        隨著城市集約化的發展,城市管廊隧道施工的場地占用問題逐漸凸顯,隧道施工對作業空間的要求面臨新的挑戰。某些工程在掘進機推進至終點的位置不具備地面接收條件。通常采用的方法是將設備從洞內拆解成多個小塊部件,再將拆解下的小塊部件運至洞外,此施工方式效率低、成本高,在拆機時具備一定的安全風險,當掘進機直徑較小,人員無法進入設備內部時,則無法通過人工拆解方式進行拆機。

        為此,鐵建重工成功研制出超小直徑可回退式管幕機。在滿足正常掘進的前提下,具備主機在洞內高效無損可回退功能,人員不需要進入隧道內,通過自動控制系統及回退裝置就可將刀盤及主機一起在隧道內直接回拖至洞外,并能滿足將主機由洞口推送至工作面進行再次掘進功能,讓隧道施工變得“收放自如”。該設備不僅可用于無接收井(尤其適應于山嶺隧道)的隧道施工,自身的回退功能還可以用于處理開挖面前方的未知障礙物,能夠“一機多用”,最大程度的為客戶創造價值。

        這臺應用于管幕法隧道施工的可回退式管幕機,開挖直徑僅為0.74米,屬于超小直徑隧道掘進機。不但解決了小直徑隧道施工無法洞內拆機和維修的難題,還使得小設備建設大、長距離隧道成為可能。

        該設備將應用于重慶鐵路樞紐東環線采用管幕法施工的某隧道,該隧道埋深淺,地質條件為人工填筑層及棄填層塊石土、泥巖、砂巖等,隧道斷面寬度約8.4米,高度約10米,與該設備的超小直徑形成鮮明反差,為該設備提供了大顯身手的“首秀”平臺。


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