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南昌解鎖“大國重器”盾構機

2025年02月14日08:13 | 來源:江西日報
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“南昌造盾構機從無到有,投產至今已下線27台!其中13台走出江西,1台走出國門,2024年就有7台盾構機生產下線。”1月24日,回憶起國產盾構機“從0到1”的崢嶸往事,參與者和見証者肖俊祥心潮起伏。

  盾構機研發涵蓋機械、力學、液壓、電氣、傳感技術等數十個技術領域,零部件多達數萬個,僅一個控制系統就有2000多個控制點。

  國產盾構機的發展歷程,堪稱我國現代科技逆襲的典型代表。目前,國產盾構機在國內市場佔有率超90%,出口至世界30多個國家和地區。

  2024年7月12日,防爆型土壓盾構機“中鐵1412號”在南昌軌道交通產業園順利下線。這是南昌制造的最大直徑(9.48米)盾構機,重量達到3000噸,自身長度加上拖動平台,總長達250米。作為我省首台出口海外的盾構機,其將被應用於意大利西西裡二期項目鐵路隧道工程建設,實現南昌制造“大國重器”走向國際市場的跨越。

  “江銅一號”攻堅克難表現出色

  1月23日,國內有色金屬領域首台超小轉彎半徑TBM“江銅一號”,在貴溪市銀珠山礦區鉛鋅銀礦項目中完成了3050米的掘進任務,全線貫通順利出洞。

  盾構機是一種使用盾構工法進行地下隧道開挖建設的隧道掘進機,能在掘進的同時構建(安裝)隧道之“盾”(指預制支撐性管片),它的掘進過程,有別於敞開式施工法(比如明挖、沉箱和鑽爆)。TBM是全斷面隧道掘進機的簡稱,在國際上屬於廣義盾構機。而在我國,習慣上將用於土質地層的隧道掘進機稱為(狹義)盾構機,將用於岩石地層的稱為(狹義)TBM。

  銀珠山礦區掘進地質條件復雜,破碎帶及斷層的總長度近千米,受坡道坡度、超小轉彎半徑等因素限制,設備原有的出渣系統難以滿足施工需求,極大地影響了掘進效率。項目團隊經過深入研究與論証,採用超小轉彎連續皮帶機出渣的方案,攻克了“上陡坡、回頭彎、破碎帶”等一系列施工難題。

  “江銅一號”的成功應用,不僅為銀珠山礦區的開發提供了有力支持,更為有色金屬礦山應用超小直徑TBM項目積累了寶貴經驗。

  “江銅一號”的“娘家”,位於新建經開區的南昌軌道交通產業園,名為江西中鐵工程裝備有限公司(以下簡稱“江西中鐵裝備”)。正是它,為南昌解鎖了“大國重器”盾構機產業。

  “一定要造中國人自己的‘大國重器’”

  1997年,原鐵道部斥7億元巨資,進口兩台硬岩掘進機(TBM),用於西康鐵路秦嶺隧道工程建設。

  盾構機是被譽為“工程機械之王”的龐然大物,長達數十米至數百米不等,重達數百噸到數千噸,制造過程中涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科。之前,我國使用此類機械隻能依賴進口,一台要價動輒數億元。

  “機器維修時長按分鐘計算,費用高昂﹔保養時中方不能參與,進度無法控制……關鍵技術受制於人,就沒有話語權。”這樣的情形令肖俊祥記憶深刻。

  2003年7月,時年23歲的肖俊祥從華東交通大學機電一體化專業畢業,入職中鐵隧道股份新鄉機械制造公司。學徒第一年,他在廣州地鐵3號線工程施工中操作盾構機,“記得是外國盾構機,界面都是英文。”憑借專業素養和勤奮,肖俊祥很快摸清了盾構機的“脾氣”。

  這名來自撫州臨川的農家子弟,形容傳統施工和盾構機隧道施工的代差,“就像鐮刀和聯合收割機的差別。”

  對於正在高速發展的中國來說,因為鐵路、公路、水利、地鐵、海底隧道等大量基礎設施的建設,對盾構機的需求佔到全球60%以上,但德、美、日、法等國壟斷了盾構機的技術和市場。自主研發生產盾構機,成為擺在中國面前的唯一出路。“一定要造中國人自己的‘大國重器’!”,成了最早一批使用國外盾構機的中鐵人的夢想。

  2001年,由中鐵隧道股份新鄉機械制造公司承擔的“關於隧道掘進機關鍵技術的研究”被正式列入國家“863”計劃。2002年10月,中鐵“筑夢之隊”盾構機研發項目組正式成立。

  項目組成員以年輕人為主,基本上是液壓、電氣、機械制造三個專業畢業的大學生。2004年,由於科班出身、有操作經驗,肖俊祥幸運地加入“筑夢之隊”。

  盾構機的“五臟六腑”長啥樣?“大腦神經”怎樣運作?沒有技術,沒有指導,一切從零開始。為搞清楚盾構的基本原理,大家在盾構機施工現場跟班作業,逐漸熟悉和了解盾構機的工作狀態、工作原理。使用和設計制造是兩個概念,當時所有的技術和理念都是盲區,有時為了印証研發數據,項目組需要不斷前往施工現場求証。“加班和熬夜是家常便飯,通宵達旦地干也是常事。”肖俊祥回憶。

  夢想要照進現實,遇到的最大困難是刀盤設計。沒有人清楚刀盤設計、刀具布置到底與地質是什麼關系?為找到明確的解決方案,項目組一方面潛心研究,一方面採取“走出去、請進來”的方式,派人出去學習,請老師上門講課,與高校聯合攻關,解決了一個又一個基礎理論問題,攻克了一個又一個難點。

  盾構機屬於定制產品,每台都需要根據地質情況進行個性化研發,尤其是刀盤和刀具,有時花費一兩個月時間,也找不到最佳方案。研發人員從不放棄,有時為了一個設計,彼此間吵得臉紅脖子粗,但大家有一個共同目標:一定要生產出最安全最可靠的盾構機。

  2007年,項目組在關鍵核心技術方面取得突破,研制出具有自主知識產權的盾構機控制系統模擬檢測試驗平台並投入使用。在關鍵部件和系統研發取得重要突破的基礎上,項目組開始進行整機研制,再次得到上級部門的全力支持。

  2008年4月25日,經過無數科研人員的共同努力,我國首台自主研發的復合式土壓平衡盾構機“中國中鐵1號”,在位於河南新鄉的中國中鐵隧道集團盾構產業化基地下線,填補了我國在復合盾構機制造領域的重大空白。

  自2009年起,隨著我國基建市場的蓬勃發展,盾構機市場發生了驚人的逆轉。2009年2月,“中國中鐵1號”在天津地鐵3號線營口道站順利始發,打破了“洋盾構”一統天下的局面,也拉開了盾構機國產化、產業化發展的序幕。4個月后,天津地鐵3號線營口道至和平路段盾構區間右線順利貫通,地面沉降控制在3毫米以內。

  “有幸參與、見証這一歷史進程,是我迄今為止最為自豪的一件事情。”往事歷歷在目,肖俊祥依然情難自禁。

  “南昌造”一出生就風華正茂

  誰能想到,南昌有朝一日也能生產盾構機?

  過去,南昌市地鐵建設項目所需的盾構機全部依賴省外引進,本土企業的參與度極低。隨著南昌市前瞻性布局軌道交通全產業鏈,致力於打造南昌軌道交通產業園,這一局面發生了根本性變化。

  2021年12月8日,中鐵工程裝備集團有限公司與南昌軌道交通集團產業園管理有限公司合資成立江西中鐵工程裝備有限公司,建設盾構機生產基地,這是南昌軌道交通產業園對裝備制造、建筑施工、智能運營、設計研發進行“1+4”產業布局的首個標志性重大、重點項目。

  2022年4月,江西中鐵裝備正式投產。依托中鐵的技術、產業優勢和南昌市的政策優勢,“南昌造”一出生就風華正茂。

  2022年6月29日,首批3台南昌造“大國重器”——“昌盛一號”“昌盛二號”“先鋒一號”盾構機下線。

  這批盾構機首次搭載智能化駕駛系統、隧道三維掃描系統、壁厚注漿質量監測系統、管片變形監測系統等新工藝。“之前,大部分技術都是從外地引進,南昌本土企業、本土裝備的參與度不高。這次下線的盾構機,實現了南昌地鐵盾構機在南昌企業生產制造,用南昌企業制造的裝備來建設南昌地鐵,這是重大突破。”南昌軌道交通集團產業園管理有限公司負責人告訴記者,新工藝、新技術的運用,將進一步提升隧道施工的安全、環保、效率水平,推動南昌市智能制造向高端攀升。

  “南昌地鐵1號線和4號線建設過程中,盾構機都是從省外運送過來。由於體量比較大,運輸存在困難。”江西中鐵裝備生產技術部部長董雨暢表示,盾構機實現本土化制造后,節約了大量運輸成本,帶動了本地制造企業轉型升級,促進本土供應鏈發展,進一步提升了重型裝備的生產能力。

  2022年7月31日,“昌盛一號”和“先鋒一號”盾構機,分別於南昌地鐵1號線延長線蛟橋站、瑤湖東站順利始發。

  首批“南昌造”盾構機投入使用,開創了我省軌道交通裝備制造的先河,不僅為南昌軌道交通建設節約成本投入,還大幅提升設備進場效率。其中,“昌盛一號”盾構機從進場組裝到調試完成僅用時12天,並一次性通過始發條件驗收,將節點工期提前近10天。

  江西中鐵裝備為南昌地鐵項目建設注入新的動力,基地連續為1號線(北延、東延)、2號線(東延)項目建設提供13台盾構機,施工效率大為提升。

  2025年1月,南昌地鐵傳出好消息,三條延長線已進入全面系統聯調聯試階段,正向著6月底前開通試運營目標穩步推進,這比計劃工期提前整整半年。

  從1到無窮,我們永不停步

  “我們已經實現了從0到1的突破,正走在從1到無窮的路上。”作為當年中國造盾構機的研發者之一,肖俊祥多年以后被中鐵裝備派回南昌,擔任江西中鐵裝備副總經理,目前是該項目的負責人。談及“大國重器”的過去、現在和未來,他有無限感觸。

  記者:“南昌造”盾構機取得了哪些成績?

  肖俊祥:江西中鐵裝備自2022年4月投產后,“南昌造”盾構機可謂“下餃子”般下線,先后生產了27台盾構機。其中13台走出江西,在廣東、湖南、福建等地的工程建設中大展身手﹔另有1台出口意大利。

  記者:南昌市對盾構機項目有何支持?

  肖俊祥:支持是全方位的。在落戶初期,南昌市便為我們爭取到了大額的授信額度,並推動企業與高校合作,共同攻克技術難題。比如,與南昌大學、華東交通大學開展校企聯合,瞄准盾構機智能掘進技術領域,進行省級重大專項技術攻關,努力實現盾構機無人掘進、無人駕駛的目標。

  此外,南昌市還出台一系列促進工業經濟發展的政策措施,並開展科技體制改革三年攻堅行動,為盾構機等高端裝備制造業的發展提供有力的政策保障。這些措施不僅提升了企業的生產效率和技術水平,還進一步增強了南昌軌道交通產業的市場競爭優勢。

  記者:隨著南昌地鐵施工漸入尾聲,下一步有什麼計劃?

  肖俊祥:“江銅一號”完成掘進任務順利出洞,充分証明了江西礦山工程建設領域適用硬岩TBM工法施工,這對促進江西礦山巷道建設高質量發展意義重大。江西有色金屬礦藏豐富,這也正是我們的藍海——讓採礦業用上高水平的“南昌造”盾構機。同時,我們要全面進軍國內外綜合管廊、抽水蓄能市場,進一步樹立“江西制造”的品牌形象。全媒體記者 吳志剛

(責編:邱燁、毛思遠)

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