中鐵裝備研發(fā)的雙結(jié)構(gòu)硬巖掘進機。 (資料圖片)

前不久，在河南洛寧縣抽水蓄能電站引水工程施工現(xiàn)場，中鐵裝備研制的斜井硬巖掘進機一頭“鉆”進山梁。“這是一個大角度的斜井工程。在隧道‘爬坡’時，斜角越大，掘進設(shè)備越容易往下滑，這曾經(jīng)是一個世界難題。”中鐵工程裝備集團有限公司(以下簡稱“中鐵裝備”)黨委書記、董事長趙華說，他們從藤本植物“爬山虎”的生長中受到啟發(fā)，為設(shè)備加裝兩只鋼鐵“觸手”，以撐住巖壁固定設(shè)備。經(jīng)過反復(fù)試驗，成功研制出大傾角斜井硬巖掘進機，實現(xiàn)了國產(chǎn)高端裝備技術(shù)的一次突破。

業(yè)界習(xí)慣將用于硬巖隧道掘進的設(shè)備稱為隧道掘進機，將用于復(fù)合地層隧道掘進的設(shè)備稱為盾構(gòu)機。隧道掘進機是穿山越海的施工利器，是集機械、電氣、液壓、傳感、信息、力學(xué)、導(dǎo)向研究等技術(shù)于一體的大型高端裝備。趙華告訴記者，近年來，從超小轉(zhuǎn)彎硬巖掘進機到硬巖豎井掘進機再到雙結(jié)構(gòu)硬巖掘進機，中鐵裝備始終堅持自主創(chuàng)新，不斷研發(fā)新產(chǎn)品，提高市場競爭力。

與盾構(gòu)機技術(shù)相比，隧道掘進機技術(shù)復(fù)雜度更高。例如，在城市軌道、管網(wǎng)建設(shè)中，硬巖隧道掘進機的埋深通常要達到幾百米甚至上千米。大埋深、長距離、巖石強度高等施工條件，對設(shè)備的可靠性、適應(yīng)性、耐久性和安全性提出更高要求。

“硬巖隧道掘進機廣泛應(yīng)用于山體隧道掘進。掌握不了硬巖隧道掘進機技術(shù)，不能算是成熟的、有競爭力的產(chǎn)品。”中鐵裝備技術(shù)中心副主任賀飛說。

為突破相關(guān)技術(shù)，中鐵裝備成立科研項目小組，研發(fā)人員多次到施工現(xiàn)場學(xué)習(xí)和調(diào)研，集中力量研發(fā)產(chǎn)品。經(jīng)過上百次研發(fā)試驗，攻關(guān)了多項技術(shù)難題，中鐵裝備自主研制的直徑8.03米硬巖掘進機成功下線，并運用在具體項目中。

賀飛說：“交通、市政、水利等領(lǐng)域的隧道多為直線形，而抽水蓄能電站地下工程則不同，其線路更加復(fù)雜，隧道既有直線形，也有圓弧形。一般隧道掘進機是水平式前進，即使有轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑也比較大，不適合線路復(fù)雜的工程項目。”

如何滿足線路復(fù)雜的地下工程施工需求?

“我們基于多年的技術(shù)積累和經(jīng)驗，堅持技術(shù)創(chuàng)新，最終研發(fā)出緊湊型超小轉(zhuǎn)彎半徑硬巖掘進機，于2019年9月成功下線。”賀飛說，設(shè)備總長37米，比常規(guī)設(shè)備縮短80%，轉(zhuǎn)彎半徑30米，是常規(guī)設(shè)備的十分之一。整臺設(shè)備在掘進過程中可以實現(xiàn)60度左右的轉(zhuǎn)彎，具有安全性好、掘進效率高、適應(yīng)性強、轉(zhuǎn)場靈活等特點。如今，已有越來越多“會拐彎”的硬巖掘進機應(yīng)用于各地抽水蓄能項目建設(shè)。

“2021年，我們研發(fā)制造的硬巖豎井掘進機實現(xiàn)井下無人掘進作業(yè)。”中鐵裝備總工程師賈連輝介紹，目前，中鐵裝備已實現(xiàn)“用隧道掘進機繪制多維度地下空間”，不僅實現(xiàn)橫向、豎向、斜坡向上、轉(zhuǎn)彎等掘進，還可以實現(xiàn)兩個平行隧道間的連接。“從‘直來直去’到‘會拐彎能爬坡’，是出渣技術(shù)、推進技術(shù)的創(chuàng)新，背后是中鐵裝備強大的科技創(chuàng)新研發(fā)能力支撐。”賈連輝說。

為提高創(chuàng)新能力，中鐵裝備成立了院士工作站、工程技術(shù)中心等協(xié)同創(chuàng)新平臺。2012年以來，研發(fā)投入強度平均達8%，先后攻克了超大直徑、超小直徑、極限工況下的裝備設(shè)計等技術(shù)，成功研制出硬巖掘進機、馬蹄形盾構(gòu)機等一大批創(chuàng)新產(chǎn)品。如今，中鐵裝備正布局掘進機新技術(shù)，建設(shè)硬巖掘進機云計算平臺和大數(shù)據(jù)中心，開展新型破巖技術(shù)、換刀機器人和無人值守智能掘進技術(shù)的研究。

得益于強大的技術(shù)研發(fā)實力，中鐵裝備在市場開拓等領(lǐng)域取得了豐碩成果。“2021年，中鐵裝備出口銷量增長50%;2022年，海外合同額繼續(xù)保持兩位數(shù)增長。”趙華說，中鐵裝備隧道掘進機產(chǎn)品出口30多個國家和地區(qū)。

“下一步，我們將繼續(xù)堅持自主創(chuàng)新，聚焦隧道掘進裝備基礎(chǔ)技術(shù)研究，積極開發(fā)提高隧道掘進機使用壽命的新材料、新工藝，提供質(zhì)量更加可靠、安全性水平更好、掘進速度更快、性價比更高的隧道掘進機，推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展，擦亮中國裝備制造業(yè)在國際市場上的名片。”趙華說。 (經(jīng)濟日報記者 夏先清 楊子佩)