1月26日,在中铁装备盾构车间里,随着中铁188号-TBM红白配色的巨大刀盘缓缓转动,全长300多米、直径8.03米的全断面岩石掘进机(TBM)经过24个月的研制,终于正式下线,研制出这台工程“穿山甲”的TBM团队中所有人露出了笑容。
横空出世,打破“洋设备”垄断
TBM,是全断面隧道掘进机的简称。在我国,习惯上将适用于软土地层作业的隧道掘进机称为盾构,将适用于岩石地层的称为TBM。TBM集掘进、支护、出渣、运输于一体,可以实现隧道作业一次成型,因此又有“隧道加工厂”的美称。
眼前这台TBM,近6个成年人高度、重达1500吨,使它成为了一条当之无愧的“钢铁巨龙”。直到2014年,国内TBM仍是“洋设备”一统天下的局面。“掌握了不了TBM核心技术,就无法改变处处受制于人的命运。”每当回忆这一段,中铁装备董事长李建斌都感触良多。令人振奋的是,中铁装备自主研发的全断面岩石掘进机横空出世,打破了“洋品牌”的垄断。
积累经验,让“洋设备”服中国水土
从国家战略层面上来说,能否自主研制出TBM,侧面显示了一个国家高端装备科研年水平的成熟度。20062月13日,《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》正式出台,明确指出要“加快大断面岩石掘进机等大型施工机械的研制,尽快掌握关键设备制造技术”,并陆续制定相关了措施。
整台TBM设备多、系统多、元器件多,零部件甚至达到3万多个,科技含量极高。相比国外,我国TBM研究起步较晚,前期技术积累薄弱,第一手资料十分匮乏。
在这种情况下,中铁装备TBM项目组成员挑起重担,先后远赴西秦岭、中天山、引红济石、重庆地铁、辽西北等项目进行上百次深入调研,重点了解引进使用中的TBM构造、配置、工作原理等,虚心向那里的一线技术人员学习,从而获得第一手资料。
TBM项目组将积累的科研经验积极运用于实践,他们承接了大量TBM优化升级和旧产品翻新改造业务。通过一次次对发生故障的国外TBM做“手术”,他们创造了一个又一个TBM“起死回生”的传奇。2011年,应用于甘肃引洮供水主干渠7号隧洞的国外品牌TBM经过再制造后,连续三个月掘进里程超过1500米,并创造了月掘进1868米的世界纪录。
信心十足,争胜“洋品牌”
2014年1月,吉林引松供水工程TBM施工向全球公开招标。往常,竞标场上都是“洋品牌”,而这一次,中铁装备第一次站上了舞台,面对海瑞克、罗宾斯等全球顶尖装备制造商的挑战。
“国内的装备制造商,能做好TBM吗?”业主投来质疑的目光。国产设备缺乏施工案例,让业主不得不心存疑虑。
“目前为止,我们不仅消化吸收了几乎所有国外的盾构技术,更重要的是我们拥有20多年的施工经验,可以针对不同的地质状况进行个性化设计和制造,使设备更加经济、实用。”面对质疑,中铁装备总经理谭顺辉信心十足地说。
最终,凭借过硬的技术、价格优势,中铁装备于2014年3月拿到了订单。这便有了后来依托国家“863”973”计划自主研制的直径8.03米全断面岩石掘进机(TBM)。
不畏挑战,拼合“钢铁巨龙”
2014年,中铁装备TBM所有班组成员日夜奋战150天,绘制了3万多张图纸,完成了TBM设计出图任务。有了图纸,接下来就进入盾构车间加工制造环节了。
岂料,在首次安装TBM轴承密封圈耐磨带时,中铁装备遇到了严峻挑战。
轴承密封圈是TBM上一个重要部件,主要作用是防止杂物进入轴承内部。为了避免密封圈与结构体磨损,在结构体上需要套上厚度为1.6毫米的金属耐磨带。金属耐磨带为圆形条状,安装时采取热套方式,金属耐磨带薄脆且易变形,安装要求十分严格。
第一次进行耐磨带热套时,操作工人手持加热枪为结构体加热。很快,加热程序结束,耐磨带被众人套上结构体。一切看上去都很顺利,耐磨带紧紧套在了结构体外圈,但质检人员仔细探看后,宣告了这次操作的失败。原来,耐磨带与结构体有一部分并未完整贴合。
“大家由兴奋到失落,当时就有好几个小伙子难过得快要哭出来。”中铁装备副总工程师、盾构公司总经理贾要伟后来回忆说。手被磨破、被烫伤,小伙子们反复总结失败原因。两天后,大家再次进行耐磨带套装操作。这次他们增加了加热枪并延长加热时间。只见加热、套装、加固一气呵成,耐磨带终于成功套装。
接下来的组装工作就相对顺利了。今年1月24日下午,刀盘运抵盾构车间。工人们奋战一个通宵,终于完成了TBM组装的最后一道工序。
五大突破,创新之花盛开
这台自主研制TBM闪耀着五大创新点:整机多系统协调控制集成技术;硬岩环境高效破岩的刀盘高强度、非线性布置、小刀间距设计技术;不良地质条件下高效、安全、快速支护系统设计技术;复杂多变地质条件的TBM三维激发极化超前地质探测预报技术均达到世界领先水平;值得一提的是,中铁装备研制的高强度、耐冲击、韧性和耐磨性好、寿命长的大直径19英寸盘形滚刀,一举打破了国外垄断,使制约我国TBM国产化的核心关键部件之一的刀具,逐渐成为独立的产品制造产业。
谭顺辉介绍,TBM的成功研制对社会发展和国防建设有着重要意义,特别是可以为高端基础元器件产品升级和产业发展提供应用和发展平台,以此逐渐形成我国TBM设计制造新兴产业,从而为国家基础建设与装备制造业的发展注入强劲动力。 陈龙