中国智造“新名片” 探访隧道掘进机原创技术策源地

发布时间:2024-03-03 13:04:18 来源: sp20240303

中铁智能化高端装备产业园铆焊车间内,工作人员正在清理打磨盾构机刀盘边块。沈东方 摄 中铁装备盾构总装车间内,工作人员正在盾构机上进行刀盘组装作业。 沈东方 摄

  10月18日上午,在中国中铁工程装备集团郑州总装车间,“中铁912号”“中铁913号”土压平衡盾构机通过验收,正式下线。即将拆装发运、漂洋过海的这两台盾构机,将用于新加坡跨岛线CR109项目,该项目为新加坡跨岛地铁线一期工程之一,通车后将为当地市民提供更便捷的出行体验。

  截至2022年,我国已成为全球最大的盾构机生产和使用国家,其年产量占据全球市场份额的70%以上,并不断走向海外市场、助力高质量共建“一带一路”。回望中国盾构自主化研制和产业化制造的“逆袭”之路,有何难忘的经历?作为共建“一带一路”的中国智造“新名片”,中国盾构机的核心竞争力在哪里?一起走进中铁工程装备集团,探寻盾构机背后的故事。

  从无到有

  一定要造一台中国人自己的盾构机

  在郑州市管城回族区第六大街99号,坐落着中铁工程装备集团总部,一台台盾构机从这里出发,服务全国以及世界各地的隧道工程。而在15年前,这个地址还只是一片无人关注的荒地。

  上天有神舟,下海有蛟龙,入地有盾构。隧道掘进机可穿山越海,是集机械、电气、液压、传感、信息、力学、导向研究等技术于一体的高端装备,被公认为衡量一个国家装备制造业水平和能力高低的重大关键装备。

  盾构机的研究已有近200年历史,而在2008年以前,中国还没有一台拥有完全自主知识产权的盾构机。

  从国外购买“洋盾构”虽然方便,但处处受掣肘,高昂的成本、闹心的售后服务,让中国在盾构机的应用上受制于人。

  为了打破隧道掘进设备被国外垄断的局面,21世纪初,“关于隧道掘进机关键技术的研究”被列入国家863计划。中国中铁成立盾构机研发项目组,项目负责人李建斌带领18位机械、液压、电气等方面的工程师,开启了中国盾构研发的新征程。

  “那时候很多人都不知道什么是盾构机,更别提研发了。”李建斌介绍,盾构机的研发涵盖了机械、力学、液压、电气数十个技术领域,精密零部件多达3万多个,单单一个控制系统就有2000多个控制点。而项目组的成员们以年轻人为主,有的甚至连见都没怎么见过盾构机,最多也只是远远一瞥。

  没有技术,没有指导,一切都要从零开始。为搞清楚盾构的基本原理,项目组成员在盾构机施工现场跟班作业,逐渐熟悉和了解盾构机的工作状态、工作原理。面对刀盘设计这一最大困难,项目组一方面潜心研究,一方面采取“走出去、请进来”的方式,派人出去学习,请老师上门讲课。

  “以我们的能力和水平,照葫芦画瓢制造不是难事,但这不是我们的本意,我们的出发点就是掌握设备的设计理念,掌握核心技术,做自主研发工作。”李建斌表示。

  啃了多年硬骨头,2008年,中国第一台拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机——“中国中铁1号”下线,实现了从盾构关键技术到整机制造的跨越,填补了我国在复合盾构制造领域的重大空白。2009年年底,这台盾构机圆满完成了天津地铁1500米掘进任务,顺利穿越张学良故居、天津电报总局、渤海大楼等历史风貌建筑,也拉开了盾构国产化、产业化发展的序幕。

  从有到优

  瞄准关键零部件“卡脖子”问题,盾构机装上“中国芯”

  走进中铁装备关键部件产业化车间,一抬头就能看到一幅显眼的标语——“国之所托,使命必达”。车间里工作人员正在调试最新装备,实验室里的工程师们正埋头进行研发试验。

  短短八个字,凝练了盾构工作者们的智慧和心血。盾构机整机制造的难关攻破后,关键零部件的“卡脖子”问题成为研发重点。

  作为盾构机的“心脏”部件,主轴承承担盾构机运转过程的主要载荷,需要直面盾构机超重载、大偏载、频变载等极端恶劣工况考验。但由于制造工艺复杂、原材料性能要求高、设计理论不成熟等原因,中国盾构机的主轴承曾长期依赖进口。

  2022年4月25日,在苏州轨道交通6号线10标项目现场,首台采用国产3米级主轴承的盾构机“中铁872号”顺利完成掘进任务。这是国产盾构机主轴承首次在轨道交通领域的成功应用,盾构机装上了“中国芯”。

  类似的创新成果还有很多,从攻克常压换刀、主驱动伸缩摆动技术,到刀具状态在线实时监测、隧道掘进机智能化,李建斌和他的团队解锁了一个又一个“小目标”,实现了一项又一项“大突破”。

  中国是世界公认的“地质博物馆”,从珠穆朗玛峰到吐鲁番盆地,从长江中下游平原到喀斯特地貌,地质构造千奇百怪、极为复杂。盾构机是定制化产品,每一台都要根据地质情况量身定做。近年来,中铁装备通过不断技术创新,形成了“大”“小”“异”不同断面以及土压、泥水、硬岩等不同适应性的全系列盾构产品。

  “我们自主首创了马蹄形盾构掘进技术、超小转弯技术、高压水力耦合破岩技术、盾构法联络通道施工技术、换刀机器人技术、大坡度斜井掘进技术等行业领先技术,以及世界最大断面矩形盾构机、世界首台马蹄形盾构机、国产首台高原高寒大直径硬岩掘进机、世界最大直径硬岩掘进机等一系列国内外领先产品。”中铁装备掘进机研究院院长贺飞介绍。

  “大国重器”这个词,不仅代表着一台台盾构机,也代表着其背后的科学技术、工业制造、材料加工、人才队伍等。可以说,一台机器的生产,需要一整个产业链的支撑。

  盾构机零部件有上万个,目前与中铁装备建立合作的产业链上下游企业达500余家。贺飞告诉记者,“选购一款零部件,我们会储备几家供应商,以此促进其良性竞争,同时也保障产业链的稳定。此外,还通过召开供应商大会、定期会商等方式,联合上下游企业开展关键部件技术攻关,推动产业链协同合作,共同为中国盾构的创新发展作贡献。”

  在基础研究领域,中铁装备成立了重大专项研究院,突破了大排量泵、主驱动密封、可编制控制器PLC等多项“卡脖子”关键核心技术,较大程度实现了隧道掘进机关键核心基础部件国产化,增强了产业链供应链自主可控能力。面向产业技术发展前沿,中铁装备积极布局智能盾构机和未来掘进机,开展激光、水射流等新型破岩技术、换刀机器人和无人值守智能掘进技术的储备研究。

  “‘努力占领世界制高点、掌控技术话语权’,这是习近平总书记对我们的要求,也是我们未来努力的方向。”李建斌表示。

  从优到强

  出口32个国家和地区,服务全球地下工程建设

  “就在前不久,一外方客户一次性批量下单了数台盾构机,这是我们至今接到的最大的一笔订单,同事们都非常激动。”在采访中,中铁装备国际事业部党工委副书记卜壮志多次提到这个令人振奋的消息。

  怎么判断客户对中国的盾构机是否满意?爽快签字、迅速下单,就是最好的证明。而在国产盾构机刚刚走向海外市场时,外国客户的态度并不如现在这般支持信任。

  李建斌清楚记得,2012年第一次参加国际竞标时,马来西亚的业主直言不讳道:“你们在中国做得好,但在海外市场没有经验,我对你们非常担心。”经过10多次的深入沟通,马方同意签下了两台盾构机,即“中铁50号”“中铁51号”。

  在之后的施工中,“中铁50号”曾遇到一块20多米长的孤石,其硬度达到300兆帕,远远超出地质报告所提的砂岩、泥岩不到80兆帕,但它凭借可靠的性能通过了考验。其兄弟“中铁51号”表现也很突出,不仅先后穿越具有百年历史的中央火车站等重要建筑物所在区域,将最大累计沉降量控制在3毫米内,还创造了最高日掘进21米的当地盾构施工新纪录。

  马来西亚项目成功后,中铁装备制造的盾构机几经周折敲开了以高标准著称的新加坡市场,之后又走向非洲、中东地区。就连盾构机的“原产地”欧洲,中国盾构机的品牌效应也已显现。

  2019年12月,两台大直径土压平衡盾构机在郑州下线,用在巴黎地铁16号线项目建设。这是中国盾构机第一次反向出口到世界盾构机的发源地和制造强国,中国掘进机自此顺利进入全球顶级高端市场,打破了国外掘进机企业对高端市场的垄断。

  “我们在海外和同行交流时发现,中国盾构机正在逐渐打破他们的原有认知——价格上的优势并不是我们占据市场的核心原因,过硬的技术才是。而且我们在工期、技术创新能力以及后续服务方面,都能保障好客户的利益。”卜壮志表示。

  从2012年至今,中铁装备已有超百台盾构机陆续出口至德国、法国等32个国家和地区,产销量连续6年世界第一。其中,在共建“一带一路”国家马来西亚、新加坡、格鲁吉亚等地的隧道工程项目中,也都有中国盾构机的身影。

  “出口一台盾构机,就是送出一张中国名片。”经过十多年奋斗,中国盾构已实现从“跟跑”向“并跑”和部分“领跑”的转变,“未来要在智能化、多功能多模式化、异形硬岩掘进机及关键部件国产化上更进一步,这是我们的努力方向。”李建斌表示。(作者:沈东方 来源:中国纪检监察报)

【编辑:叶攀】