盾構(gòu)機(jī)前盾、中盾、后盾及設(shè)備橋工作原理模型

　　目前，我省有國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室14家。長(zhǎng)期以來(lái)，這些實(shí)驗(yàn)室因其專業(yè)性、相對(duì)封閉性往往不為太多人知道，但他們的科研成果卻是所在領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室雖然是個(gè)高大上的所在，但工作在這里的每個(gè)人，卻也普普通通。他們的辛勤工作，需要更多人知道。今天，東方今報(bào)“發(fā)現(xiàn)河南創(chuàng)新力”開(kāi)篇，帶您走進(jìn)我省第一個(gè)建成并投入使用的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

　　我們的城市在建的地鐵及很多工程都需要隧道施工，這離不開(kāi)有“工程機(jī)械之王”“移動(dòng)式掘進(jìn)工廠”之稱的盾構(gòu)機(jī)（又名隧道掘進(jìn)機(jī)）。這些被專業(yè)人士稱為“土撥鼠”的盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)，都離不開(kāi)位于鄭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)科學(xué)大道上，依托中鐵隧道集團(tuán)有限公司建設(shè)的盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)支持。

　　國(guó)字頭的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有多牛

　　如果不真正走進(jìn)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱盾構(gòu)實(shí)驗(yàn)室）的話，這個(gè)坐落在鄭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)科學(xué)大道99號(hào)的地方，和一般工廠看起來(lái)沒(méi)有什么區(qū)別。主要研究刀盤(pán)刀具、系統(tǒng)集成與控制技術(shù)、盾構(gòu)施工控制技術(shù)，有幾十個(gè)固定研發(fā)人員生活工作的普普通通辦公樓、實(shí)驗(yàn)廠房，正是中國(guó)研究“工程機(jī)械之王”“移動(dòng)式掘進(jìn)工廠”盾構(gòu)機(jī)及掘進(jìn)技術(shù)的核心之地。

　　這個(gè)國(guó)字頭的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有多牛？給你看一組數(shù)據(jù)你就知道了，截至目前，這里共承擔(dān)科研項(xiàng)目52項(xiàng)，共有35項(xiàng)科研成果獲得科技成果獎(jiǎng)勵(lì)。

　　實(shí)驗(yàn)室研究的是動(dòng)輒售價(jià)幾千萬(wàn)的盾構(gòu)機(jī)，他們的研究成果，讓“洋盾構(gòu)”控制中國(guó)市場(chǎng)的局面已成歷史，讓曾經(jīng)售價(jià)6000多萬(wàn)的“洋盾構(gòu)”，被迫跟隨國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)大幅度降價(jià)。

　　這里如今每天進(jìn)行的是盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件的研發(fā)，比如盾構(gòu)機(jī)刀具數(shù)字化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化系統(tǒng)控制，還有就是基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的智能掘進(jìn)基礎(chǔ)理論方面的研究，并聯(lián)合山東大學(xué)、武漢大學(xué)、天津大學(xué)和浙江大學(xué)，做了相關(guān)科學(xué)問(wèn)題研究，研究成果入選了中國(guó)中鐵新技術(shù)推廣項(xiàng)目名錄。

　　實(shí)驗(yàn)室都在攻克哪些難題

　　盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)使用起來(lái)非常方便，但研發(fā)生產(chǎn)卻是個(gè)實(shí)打?qū)嵉募夹g(shù)活。比如土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)，盾構(gòu)機(jī)在不同壓力下作業(yè)時(shí)的土壓力平衡非常重要，盾構(gòu)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室黨工委書(shū)記、執(zhí)行主任、教授級(jí)高級(jí)工程師陳饋告訴東方今報(bào)記者，施工過(guò)程中土壓力大了會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生影響，比如地面凸起，但如果土壓力小了，四周的土就會(huì)往隧道流，會(huì)發(fā)生塌陷。這就像做豆腐時(shí)放水一定要把握到位，水放多了做成了豆花，水放少了就成了豆渣。

　　除了土壓平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)實(shí)驗(yàn)室還突破了泥水盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，以及盾構(gòu)施工過(guò)程中的失穩(wěn)、失效、失準(zhǔn)等世界難題，據(jù)了解，盾構(gòu)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)中國(guó)隧道集團(tuán)掌握的全國(guó)地質(zhì)大數(shù)據(jù)，可以將盾構(gòu)施工過(guò)程中的失準(zhǔn)誤差控制在正負(fù)2厘米以內(nèi)。而國(guó)外世界第一盾構(gòu)公司的盾構(gòu)施工，曾經(jīng)誤差達(dá)到過(guò)兩米，隧道報(bào)廢的都有。

　　另外是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)取得突破，研制出多臺(tái)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儀器設(shè)備，部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　“在同一個(gè)城市，國(guó)外的盾構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)力已遠(yuǎn)不如從前。” 陳饋說(shuō)，比如在成都地鐵競(jìng)標(biāo)過(guò)程中，我們就競(jìng)爭(zhēng)過(guò)了德國(guó)海瑞克世界第一的盾構(gòu)。他們的盾構(gòu)機(jī)滾刀，掘進(jìn)80米就要更換，我們的盾構(gòu)能跑500米不換刀，“因?yàn)槲覀儗?duì)國(guó)內(nèi)的地理環(huán)境比他們熟悉，知道什么樣的地質(zhì)用什么樣的刀比較合適?！?/p>

　　其實(shí)，不光在地鐵施工建設(shè)時(shí)使用盾構(gòu)機(jī)這種高大上的物件，過(guò)街隧道施工也經(jīng)常使用。2014年，鄭州中州大道與紅專路交會(huì)處的紅專路下穿中州大道的隧道工程施工時(shí)，地下大施工，地面交通基本暢通，這全歸功于“盾構(gòu)機(jī)”。這背后還隱藏著一個(gè)世界之最——當(dāng)時(shí)世界上掘進(jìn)斷面最大的矩形盾構(gòu)機(jī)（頂管機(jī)）。這和盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有著密切的聯(lián)系。

　　實(shí)驗(yàn)室每年

　　為國(guó)家省數(shù)十億美元

　　說(shuō)起盾構(gòu)施工法的靈感，最早對(duì)其研究的是法國(guó)工程師M.I.布律內(nèi)爾。他在一次乘船過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在船木中鉆洞的蛀蟲(chóng)很厲害，在鉆洞后，會(huì)從體內(nèi)排出一種黏液加固洞穴。受此啟發(fā)，他在1818年開(kāi)始研究盾構(gòu)法施工，并于1825年在英國(guó)倫敦泰晤士河下，用一個(gè)矩形盾構(gòu)建造了世界上第一條水底隧道。后來(lái)，加入盾構(gòu)研究的國(guó)家越來(lái)越多，盾構(gòu)法關(guān)鍵技術(shù)也長(zhǎng)期被德國(guó)、美國(guó)、加拿大、法國(guó)等西方國(guó)家壟斷。

　　新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)的隧道施工技術(shù)可以分為四個(gè)階段。20世紀(jì)50年代，人工鋼釬大錘打眼放炮，手推斗車(chē)運(yùn)輸；70年代主要是風(fēng)鉆打眼，軌道翻斗車(chē)運(yùn)輸；80年代主要采用新奧法原理，鑿巖臺(tái)車(chē)、裝載機(jī)和襯砌模板臺(tái)車(chē)形成大型機(jī)械化配套作業(yè)；90年代才開(kāi)始采用全新盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)工廠化作業(yè)。

　　2008年，中鐵隧道集團(tuán)公司總工程師、盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任洪開(kāi)榮帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)打破了西方盾構(gòu)技術(shù)的壟斷地位。

　　如今，中國(guó)中鐵盾構(gòu)占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)半壁江山，并廣泛應(yīng)用于地鐵市政、水利水電、共同管溝等領(lǐng)域和穿江越洋工程，每年為國(guó)家節(jié)約外匯數(shù)十億美元。同時(shí)也受到國(guó)際市場(chǎng)的青睞，已出口馬來(lái)西亞、新加坡、埃塞俄比亞等多個(gè)國(guó)家。（記者 章衡/文 張曉冬/圖）