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从超小到超大直径掘进机,铁建重工研制最全系列大国重器,服务大国工程
2022-05-11 中国工程机械商贸网

量体裁衣,高端定制,从0.5-23米级直径全覆盖,无论竖井、斜井,还是水平掘进,铁建重工国之重器都能满足大国工程所需。本期《“国之重器”之⑤:从超小到超大直径掘进机,铁建重工研制最全系列大国重器,服务大国工程……》,带您走近铁建重工“掘进机王国”,领略“国之重器”的独特魅力。

超大

国产最大荣光,成就“大国重器”

2021年5月28日,习近平总书记在两院院士大会上指出“最大直径盾构机顺利始发”。2021年10月21日,“京华号”荣耀参加国家“十三五”科技创新成就展,成为国家先进制造业和科技创新不断深度融合、助推制造业科技升级的典型样本,受到党和国家领导人检阅。

一时间,最大开挖直径16.07米、长150米、重4300吨的国产最重大直径盾构“京华号”盾构机成为了大家关注的重点。

据了解,“京华号”服务的项目是我国北方地区最大的盾构隧道。隧道总长达7338米,一次连续掘进最长距离达4773米,是国内超大直径盾构单次掘进长度最长的隧道之一。需穿越北京副中心城市核心区,地下管线构筑物复杂、实施难度极大,需上跨或下穿多条道路、轨道及河流。最深处穿越副中心站综合枢纽,最大顶覆土深度59米,多个盾构深度指数均为全北京之最。

隧道需要穿越砂土、富水高致密砂层、粉土及黏性土交互层等复杂地质,工程面临超大直径、超长距离、超深覆土、超敏感环境等施工难点。“京华号”的研制突破了多项核心技术,同时根据工程特点,定制化搭载了多个创新装置。

2021年11月1日,北京东六环改造工程传来捷报,“京华号”单月进尺542米,创造了14米级以上超大直径盾构机月进尺新纪录,实现了隧道持续、高效、高质量、环保施工。

截止目前,“京华号”已连续穿越京哈铁路和北京城市副中心站交通枢纽,平安突破全线最大风险区,创造我国超大直径盾构隧道施工奇迹。“京华号”的成功应用,标志着我国超大直径盾构机技术跻身世界前列,成为引领中国制造迈向中国创造、推动高质量发展的生动案例。

超长

独头掘进21公里,铁建重工TBM创新纪录

今年,铁建重工敞开式TBM,在西北引水工程独头掘进突破21公里,创国内同类产品最长独头掘进距离纪录。

在该地区系列工程中,铁建重工TBM展现过硬实力。由于工程位于地震带,设备在掘进的时候,接连遇到断层破碎带、蚀变岩、硬岩、岩爆、突泥涌沙、大涌水等完全不同的地质状况,地质变化多、变化快,施工难度在全球工程领域都很少见。铁建重工TBM通过开创性地配置液压马达和电机双驱动,破解了困扰挖掘行业五十多年的世界级难题——“卡机”,确保工程顺利进行。

超快

用时2个月,模块化生产践“初心”

2个月的时间,可以完成多少工作量?2018年1月18日,国产首台穿越黄河供暖管道大直径泥水平衡盾构机“初心号”在湖南长沙下线。作为首次在穿黄供暖管道使用的大直径泥水平衡盾构机,“初心号”应用于宁夏银川智能化集中供热项目一期穿越黄河段盾构隧道工程,接受多项地质难题考验。

为保障工程建设工期,“初心号”从研制开始,便采用模块化设计、储备式生产的快速反应和交货机制,打破了目前国内外大直径盾构机6-8个月的生产周期瓶颈,仅用2个月时间完成了设计、制造、调试,并且仅用2周时间完成了工地组装调试任务,两项时间分别创造了行业最快纪录,保障了设备的顺利始发。

2018年8月7日,随着刀盘的隆隆转动,“初心号”盾构机在黄河南岸接收端破土而出,正式宣告国内首条大直径穿越黄河供暖专用隧道胜利贯通。

在掘进阶段,这种快节奏仍在延续。“初心号”在历经4个月不间断掘进后,顺利贯通单线1838米长的穿黄隧道,最高日进尺33.6米,最高月进尺704米,平均月进尺达500米,创造了国内泥水盾构连续施工最好纪录,实现了隧道施工的提前完工,为后期管道安装及系统调试争取了宝贵时间。

超美

史上最美盾构机,掘胜千里沅江第一隧

2019年7月4日,由铁建重工和中铁十四局联合打造的国产首台常压换刀大直径泥水平衡盾构机“沅安号”完成了沅江隧道掘进,随着“沅安号”盾构机刀盘破土而出,标志着我国水下盾构隧道掘进机械制造、复杂地质条件下盾构隧道建造技术均达到世界先进水平。

项目地层富含承压水,渗透系数大,水压高。江中段最大覆土18.2米,最小覆土11.3米,汛期最大水土压力达5.5倍大气压力。始发端隧道覆土6米,接收端隧道覆土4.6米,均小于盾构直径,盾构机始发和接收的安全风险高。

针对这些地质难题,铁建重工针对性设计研制的“沅安号”盾构机,盾构机刀盘直径11.75米,整机长度132米,重达3000吨,刀盘设计为桃花瓣形,应用在桃花源故里,被誉为“史上最美盾构机”。

“沅安号”盾构机采用自主研发的常压换刀技术,常压更换一把刀具只需40分钟,比带压换刀效率提高了10倍以上,能够有效避免由工作人员带压进行换刀作业的风险,使换刀作业更安全更快捷,大大提高了作业效率。

超萌

功夫熊猫,掘胜未来

2021年7月10日,国产最大直径土压平衡盾构机“锦绣号”在湖南长沙下线。“锦绣号”开挖直径达12.79米,将参与成(都)自(贡)高铁锦绣隧道建设。同年11月1日上午10点,随着“始发令”下达,直径12.79米的“锦绣号”熊猫刀盘开始缓缓转动,身披红妆的盾构机整体向前缓缓推进。

据了解,“锦绣号”总长135米,总重3000吨,装机功率约7500千瓦,约是大火箭“胖五”体积的15倍。刀盘涂装极具四川特色,一只怀抱嫩竹的大熊猫占据C位,呆萌可爱、栩栩如生,被网友称为“最萌大国重器”。

而锦绣隧道作为成自铁路的重点工程,全长3655米,其中盾构区间2620米,主要穿越地层为弱风化泥岩,最大埋深约68米,最小覆土厚度不足8米,沿线地面为成都市繁华地带,构筑物和既有铁路分布密集,具有开挖断面大、施工距离长、地层粘性强、埋深大、覆土浅等特点,盾构施工安全风险高、难度大。

为了确保盾构施工安全、高效地进行,铁建重工根据锦绣隧道的地质特点和水文条件,为“锦绣号”精心配置了多项“黑科技”,最大程度上满足了盾构施工的掘进需求,有效减少了复杂地层下盾构施工的安全风险,为此次“锦绣号”安全高效掘进打下了坚实的基础。

超方

颜值即实力,异形掘进机显神威

2019年,由铁建重工自主研制的国产首台永磁驱动矩形顶管机在湖南长沙成功下线,该设备具有完全自主知识产权。

该设备断面为矩形,与圆形断面相比,其有效使用面积增大了20%以上,科学合理的利用了地下空间。采用永磁变频电机驱动,体积小,效率高,比同功率的异步电机高出5%以上,且环保节能,大大减少电机能量的损耗,降低隧道施工的环境温度,有利于整机稳定运行和人员施工作业。

该设备采用6个刀盘同时开挖,完成工程后,6个刀盘的驱动机构可再利用于制造6台小直径圆形盾构机,延伸矩形顶管机再利用价值。

2020年3月25日,国产首台永磁驱动矩形顶管机顺利贯通首区间,10米级以上矩形大断面一次顶进144米最长纪录。标志着该设备取得成功应用,打开了城市地下通道顶管施工的新局面。

超小

小身材大用途,麻雀虽小五脏俱全

与动辄十几米直径的“庞然大物”相比,在铁建重工有这样一批“小家伙”,它们直径不到一米,最小直径不到0.5米,却有着无人能及的大用途。

随着城市集约化的发展,城市管廊隧道施工的场地占用问题逐渐凸显,隧道施工对作业空间的要求面临新的挑战。某些工程在掘进机推进至终点的位置不具备地面接收条件。通常采用的方法是将设备从洞内拆解成多个小块部件,再将拆解下的小块部件运至洞外,此施工方式效率低、成本高,在拆机时具备一定的安全风险,当掘进机直径较小,人员无法进入设备内部时,则无法通过人工拆解方式进行拆机。

为此,铁建重工成功研制出超小直径可回退式管幕机。在满足正常掘进的前提下,具备主机在洞内高效无损可回退功能,人员不需要进入隧道内,通过自动控制系统及回退装置就可将刀盘及主机一起在隧道内直接回拖至洞外,并能满足将主机由洞口推送至工作面进行再次掘进功能,让隧道施工变得“收放自如”。该设备不仅可用于无接收井(尤其适应于山岭隧道)的隧道施工,自身的回退功能还可以用于处理开挖面前方的未知障碍物,能够“一机多用”,最大程度的为客户创造价值。

这台应用于管幕法隧道施工的可回退式管幕机,开挖直径仅为0.74米,属于超小直径隧道掘进机。不但解决了小直径隧道施工无法洞内拆机和维修的难题,还使得小设备建设大、长距离隧道成为可能。

该设备将应用于重庆铁路枢纽东环线采用管幕法施工的某隧道,该隧道埋深浅,地质条件为人工填筑层及弃填层块石土、泥岩、砂岩等,隧道断面宽度约8.4米,高度约10米,与该设备的超小直径形成鲜明反差,为该设备提供了大显身手的“首秀”平台。

(本文转载自铁建重工公众号,点击链接阅读原文)

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