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《焦點訪談》欄目

系列重磅節(jié)目“大國重器再攀高”

正式開播

聚焦“十四五”時期我國研制的

高端裝備“大國重器”亮眼成就

首期節(jié)目《穿江貫海筑通途》

走進中鐵十四局承建的海太長江隧道

深入“江海號”超大直徑盾構(gòu)機

探訪我國大盾構(gòu)事業(yè)從無到有、從有到優(yōu)

實現(xiàn)趕超領(lǐng)跑的創(chuàng)新故事

黨的二十屆四中全會提出，“十五五”時期要加快高水平科技自立自強，引領(lǐng)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，搶占科技發(fā)展制高點。研制“大國重器”無疑是搶占科技發(fā)展制高點的關(guān)鍵之舉。

在“十四五”時期，我國研制的“大國重器”不斷“攀”高，站上了一個又一個創(chuàng)新制高點。天上，有“嫦娥六號”實現(xiàn)全球第一次月球背面無人采樣返回，有第一座中國空間站“天宮”；地下，有全球領(lǐng)先的超大直徑盾構(gòu)機正在掘進——節(jié)目實地探訪正在長江之下掘進的我國自主研制的最大直徑盾構(gòu)機“江海號”以及海太長江隧道工程施工現(xiàn)場。

看點一

16.64米！為什么海太長江隧道需要如此超大直徑的盾構(gòu)機施工？

位于江蘇省長江入?？趨^(qū)域的海太長江隧道施工現(xiàn)場，進入地下幾十米，穿過長長的已經(jīng)拼砌好管片內(nèi)壁的隧道，我們從“江海號”盾構(gòu)機的尾部進入“江海號”的內(nèi)部。150米長的“江海號”內(nèi)部高度超過5層樓，從尾部向前，首先是100多米的后配套系統(tǒng)，主要包括控制、出渣、注漿、電氣、液壓、導(dǎo)向、物料運輸?shù)榷鄠€復(fù)雜系統(tǒng)。后配套系統(tǒng)的前面，就是“江海號”的主機核心部分，主要包括推進、管片拼裝、驅(qū)動及刀盤開挖系統(tǒng)。

“江海號”盾構(gòu)機由中鐵十四局和鐵建重工聯(lián)合打造，最大開挖直徑達16.64米，專門為海太長江隧道項目定制。海太長江隧道連接江蘇省南通海門區(qū)和蘇州太倉市，過江隧道長11.185公里，其中盾構(gòu)隧道段長9315米，是“十四五”期間國家重點建設(shè)的過江通道，也是目前世界最長公路水下盾構(gòu)隧道和第一條設(shè)計時速100公里的過江隧道。建成后，過江通行時間將由目前的1小時壓縮到10分鐘。

中鐵十四局大盾構(gòu)專家 陳健它采用的是雙向六車道，采用高速公路的設(shè)計標準，設(shè)計速度是100公里每小時，所以它比城市干道或者其他過江通道建設(shè)標準更高，速度更快，隧道斷面也達到了16米。隧道采用盾構(gòu)法施工，要實現(xiàn)一邊掘進，一邊要進行襯砌安裝，所以隧道的開挖直徑要大于16.64

看點二

16米級盾構(gòu)機比14米級盾構(gòu)機的制造難度，呈哪些幾何級難度增長？

盾構(gòu)機全稱全斷面隧道掘進機，是遁地鉆山、穿江越海的利器，被稱為“工程機械之王”，是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志。盾構(gòu)機系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)精密，它的工作原理是通過刀盤旋轉(zhuǎn)，切削隧道工作面的巖土層，一邊開挖一邊拼裝隧道支撐管壁，最后在地底下形成一條成型隧道。

“江海號”最大開挖直徑達16.64米，盾構(gòu)機直徑越大，研制難度也呈指數(shù)級增長。

鐵建重工掘進機事業(yè)部副總經(jīng)理 張帥坤：直徑越大，裝配和制造精度要求反而更高，比如盾構(gòu)機核心部件主驅(qū)動裝備的精度都是以絲級計算的，一絲就相當于頭發(fā)絲直徑的1/6。

不僅設(shè)備的制造裝配精度，還有設(shè)備的可靠性，對研制團隊也是極大的考驗。9315米，這是目前水下高速公路盾構(gòu)隧道的世界最長距離。這對盾構(gòu)機主軸承的可靠性是極大的考驗。被喻為盾構(gòu)機“心臟”的主軸承是盾構(gòu)機在掘進過程中幾乎不能更換的部件。它是盾構(gòu)機刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件，它帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)隧道挖掘。為了確?！敖Ｌ枴蹦軌蛲瓿沙^9公里的超長距離掘進任務(wù)，研制團隊為“江海號”裝配了直徑達8.6米的世界最大直徑整體式主軸承。

鐵建重工掘進機事業(yè)部副總經(jīng)理 張帥坤：通過計算7.6米的主軸承可以滿足我們負載需求了，但是我們最終選型設(shè)計的時候，選了8.6米的主軸承，這也是目前全世界應(yīng)用到盾構(gòu)機領(lǐng)域的最大直徑整體式主軸承。我們主軸承壽命是按兩萬小時以上來設(shè)計的，因為這個工程實際需求不需要這么長時間，但是我們把它的富余系數(shù)提升到2倍以上。

看點三

在75米深水中絲滑換刀、多項智能化技術(shù)持續(xù)加持!國產(chǎn)盾構(gòu)機“江海號”在江底如何挑戰(zhàn)不可能?

“江海號”在掘進過程中，還要面臨一種危險挑戰(zhàn)，那就是超高水壓、超大埋深。海太長江隧道最大埋深是在長江水面之下75米，水壓超過7.5bar，相當于在一個指甲蓋這么大的面積上，就要承受7.5公斤的壓力。但“江海號”要掘進超過9公里，刀盤上的刀具不可避免會磨損，必須更換才能繼續(xù)工作。但在75米深的水壓下更換刀具，幾乎是一個不可能完成的任務(wù)。

中鐵十四局大盾構(gòu)專家 陳?。?/span>進行換刀，目前要采取壓縮空氣的方法施工，最高限度達到6bar，在6bar壓力下進行作業(yè)需要專業(yè)的潛水作業(yè)人員，也只能作業(yè)半個小時，超過7.5bar的作業(yè)時間會更短，減壓時間就會更長，幾乎不可作業(yè)。

為了攻克高壓換刀這個攔路虎，“江海號”研制團隊經(jīng)過兩年多的攻關(guān)，借鑒深海鉆井平臺高壓閘門的經(jīng)驗，創(chuàng)新研制成功常壓換刀技術(shù)，為每把可更換刀具加裝了一道高壓閘門。

“江海號”重達5000多噸，這樣的“鋼鐵巨龍”在江底下軟土層掘進，工程要求必須嚴格控制對地層的擾動，沉降必須控制在毫米級。就像在一塊淤泥里的豆腐上打孔，還得保證豆腐不散。與很多人的想象不同，操作這么精密復(fù)雜的龐然大物精準掘進，只需要兩名技術(shù)人員。

“江海號”作為國產(chǎn)最先進的盾構(gòu)機，還創(chuàng)新應(yīng)用了主軸承全狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)、超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)、管片構(gòu)件智能拼裝機器人等幾十項新技術(shù)，它不僅是一臺自動化程度很高的智能盾構(gòu)機，也是一臺數(shù)字化的盾構(gòu)機?！敖Ｌ枴睅资畟€系統(tǒng)裝配了成千上萬個傳感器，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)不僅匯聚在主控制室，也實時傳送到地面控制平臺。

看點四

“十四五”期間，國產(chǎn)盾構(gòu)機全產(chǎn)業(yè)鏈如何從跟跑到趕超領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展？

“江海號”等代表世界領(lǐng)先水平的國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機掘進的場景，這在二十年前是不敢想象的。那時的中國市場，洋品牌盾構(gòu)機掘進機絕對占據(jù)主導(dǎo)地位。

鐵建重工掘進機事業(yè)部副總經(jīng)理 張帥坤：以前我們使用國外進口品牌的設(shè)備，即使一個微小的故障出現(xiàn)也要等國外專家過來，配件要從國外發(fā)過來，有時候要等好幾個月，這就對我們工程施工造成比較大的制約。

關(guān)鍵技術(shù)不能受制于人。經(jīng)過二十年的不斷自主創(chuàng)新，國產(chǎn)盾構(gòu)機從無到有、從有到優(yōu)，終于實現(xiàn)趕超領(lǐng)跑。目前中國盾構(gòu)機全球占有率已經(jīng)達到了70%，產(chǎn)品遠銷五大洲40多個國家和地區(qū)。特別是“十四五”時期，中國超大直徑盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，已經(jīng)形成全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的能力。行業(yè)內(nèi)一般把14米及以上直徑盾構(gòu)機稱作超大直徑盾構(gòu)機。

這一時期國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機的研制與應(yīng)用呈現(xiàn)出數(shù)量快速增長、技術(shù)迭代加速、應(yīng)用場景深化的鮮明特點。中國盾構(gòu)機智能化水平實現(xiàn)飛速發(fā)展，應(yīng)用場景從地鐵、公路隧道向穿江越海通道、深層地下空間發(fā)展，能源通道等更多領(lǐng)域延伸。盾構(gòu)機掘進方向不只有水平掘進，也開始向斜向豎向甚至拐彎掘進，幫助解決特長隧道通風(fēng)的這一難題。

只有不斷創(chuàng)新才能領(lǐng)跑。位于湖南長沙的鐵建重工是“江海號”盾構(gòu)機的誕生地，中國幾乎一半的盾構(gòu)機都在這里研發(fā)制造。這里的科研人員依托過去上千臺盾構(gòu)機掘進機研發(fā)制造和施工作業(yè)的海量數(shù)據(jù)積累，正在研發(fā)最新的盾構(gòu)機數(shù)字孿生大模型技術(shù)。

看點五

“十五五”新期待：向更大直徑、更快速度、更深地層！中國盾構(gòu)機未來五年這樣做！

大國不能沒有盾構(gòu)機這樣的國之重器，但大國重器的關(guān)鍵核心技術(shù)買不來，要不來，必須靠我們自主創(chuàng)新。中國盾構(gòu)機從跟跑到領(lǐng)跑的歷程告訴我們，只有國家的綜合實力、科技實力不斷提升，產(chǎn)業(yè)鏈不斷發(fā)展完善，我們才能研制出世界領(lǐng)先的大國重器。

接下來的“十五五”時期，我國的盾構(gòu)機將會朝著更大的開挖直徑、更快的掘進速度、更深的掘進深度、更多的應(yīng)用化場景等方面持續(xù)發(fā)力，變得更高端，更智能，更綠色，在技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)實現(xiàn)世界領(lǐng)跑，也助力更多超級工程的實現(xiàn)。

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