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全球七成相关设备产自中国,国产硬核装备实力走向世界

盾构机是挖掘隧道的核心装备号称“地下航母”。21世纪初,核心技术掌握在外国手中,我国只能任人宰割;直到后来技术突破,基建

盾构机是挖掘隧道的核心装备号称“地下航母”。21世纪初,核心技术掌握在外国手中,我国只能任人宰割;直到后来技术突破,基建狂魔开启狂飙模式。

21世纪初国家经济飞速发展,各大城市纷纷建设地铁,修地下隧道的盾构机却掌握在外国企业手中,德日美等国企业靠着垄断肆意收割需求国。西方国家技术封锁,是我们刻骨铭心的痛,而这也点燃了我国自主研发盾构机的决心,从无到有再到全球先进只需要20年。

技术卡脖子,天价与屈辱并行

1997年,我国为修建秦岭隧道首次引进盾构机,每台价格高达3.5亿元人民币。我国付出高价只买回一台机器,根本接触不到关键技术,就连维修都跟防贼一样。

当时外国企业天价卖给我们盾构机,合同中还设置了大量限制性条款,中方人员不得私自拆卸机器,所有维修保养工作都必须由外国工程师负责。

外国技术人员来我国干维修,都是按小时计费,更有甚者从踏上飞机就开始计时。设备运行数据实时传回外国公司总部,核心零部件也必须从原厂购买。

一位经历过那个屈辱时段的老工程师回忆,一个普通的密封圈,国内产品可能只要几百元,而所谓的原厂产品售价高达万元。

技术封锁更是西方国家的常规操作。2002年广州地铁二号线建设期间,一台盾构机出现故障,德国工程师赶到现场,还没开始干活就先要求用篷布把现场围起来,不让外人进入。

维修后替换下来的废件,德国工程师都“不辞辛苦”地打包带走,防止我方人员观察故障部件。像防贼一样防着中国人,严密的技术封锁无异于赤裸裸地打脸。

所有盾构机设备都完全依赖进口,我国的地下工程建设处处受制于外国企业,设备交付周期短则一年长则两年,严重影响了施工进度。

外国卖给我们的产品都是通用设置,相关参数无法根据不同地区的地质条件进行定制调整,当多个工程需要盾构机时,只能排队等着,“一机难求”是当时的普遍状况。

没有核心技术,只能仰人鼻息,我国也想进行技术合作,但外国企业要么直接拒绝,要么狮子大开口开出我方难以接受的条件,说白了就是断绝我们接触技术的机会。

对我国技术封锁,并不止盾构机,很多中高端技术也无法幸免。市场换技术的路子走不通,核心技术买不来,我们只能靠自己。

自力更生,中国自主盾构机从无到有

2002年国家“863”计划出台,开启了国产盾构机的研发之路,当时由中铁隧道集团牵头,浙江大学、华中科技大学、上海隧道等知名高校和企业联合参与。

盾构机包含上万个零部件,是一个复杂的系统集成设备,其中刀盘驱动系统、主轴承、液压控制系统和密封系统,被业内视作最具挑战的技术难题。

刀盘驱动系统犹如“心脏”,面临着高压高湿多尘的恶劣环境,还要求长时间稳定工作。德国公司采用液压驱动技术,但对我国严格保密。

没有任何现成案例可参考,我国技术人员另辟蹊径决定采用电机驱动系统。经过三年攻关,大功率变频电机驱动技术横空出世,能效方面比液压驱动提高15%。

主轴承是另一个卡脖子的难题。虽然都叫轴承,但盾构机的轴承绝对是一个庞然大物,直径通常超过4米,需承载数千吨的推力和复杂的载荷变化。

我国了解不到外国特殊钢材配方和热处理工艺,自己创新性地把稀土融入钢材中,开发出稀土轴承钢,2008年通过测试,使用寿命达国际先进水平。

液压控制系统是盾构机精准作业的关键,我国技术团队从零开始,建立盾构机动力学模型,开发自适应控制算法,让盾构机拥有“聪明大脑”,根据地质变化自行调整掘进参数。

2008年春,我国首台具备自主知识产权盾构机“中铁一号”下线。这台直径6.3米的盾构机,在天津地铁项目中发挥了巨大作用。

从无到有,我们生产出自己的盾构机,各项性能指标达到国际先进水平,价格不足同类进口设备的2/3。我国用6年的时间实现盾构机国产化突破,走完了国外几十年的道路。

大国重器,穿山越海的中国力量

国产盾构机有了天津的成功首秀,很快就在全国各地重大建设项目中全面开花。针对不同的地质环境随时调整参数设置,性能完爆进口盾构机。

2012年武汉地铁8号线越江隧道工程中,江底隧道埋深大水压高、地质条件复杂,任何失误都可能导致灾难性后果。

我国工程师根据工况对盾构机进行了多项创新改造:开发高承压密封系统,优化刀盘设计,采用可更换刀齿结构应对江底硬岩与软土交错的地层,确保项目顺利完工。

2015年兰渝铁路胡麻岭隧道建设中,国产盾构机遇到“世界级难题”——第三系富水粉细砂岩地层,这种地质像“豆腐里打洞”,极易涌水涌沙。

国外专家断言这里“不可能修建隧道”。中国研发团队专门研制新型泥水平衡盾构机,创新性地采用高分子聚合物改良渣土性能,成功攻克难题。

更优秀的性能,更低廉的价格,还不搞“霸王条款”,国产盾构机凭借着优异表现迅速走出国门,参与国际竞争。

2016年,中国盾构机进入欧洲市场,参与莫斯科地铁修建工程,面对零下30℃的极寒考验,我国盾构机表现稳定且卓越,赢得俄罗斯工程界的赞誉。

此后,中国盾构机成为“中国制造”的新名片,出口全球21个国家和地区,我国也成为全球最大的盾构机制造国和技术输出国。

20年前,外国专家围着篷布修盾构机;20年后,中国盾构机出口全球。这一转变的背后,是无数科研人员和工程师默默耕耘的成果,更是国家坚持自主创新战略的必然回报。