當(dāng)前位置：6月18日，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，國(guó)內(nèi)首臺(tái)高壓水力耦合破巖TBM“龍巖號(hào)”在河南鄭州中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司正式下線，是我國(guó)裝備制造領(lǐng)域的重大技術(shù)創(chuàng)新成果，在國(guó)內(nèi)掘進(jìn)設(shè)備發(fā)展歷程中具有里程碑意義。
工程大國(guó)掘進(jìn)重器
TBM即全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)，素來(lái)有“穿山甲”之稱，可完成掘進(jìn)、支護(hù)、出渣等施工工序并行連續(xù)作業(yè)，是機(jī)、電、液、光、氣等系統(tǒng)集成的工廠化流水線隧道施工裝備。具有掘進(jìn)速度快、施工安全、環(huán)保、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)鉆爆法難以應(yīng)對(duì)的深埋超長(zhǎng)隧洞工程的施工，在中國(guó)鐵道、公路、水電、礦山、市政等隧洞工程中應(yīng)用正在迅猛增長(zhǎng)。
國(guó)家“一帶一路”、西部交通建設(shè)、大型跨流域調(diào)水、跨江越海、戰(zhàn)略儲(chǔ)能等工程規(guī)劃，為我國(guó)深埋超長(zhǎng)隧洞工程技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了前所未有的契機(jī)，也為T(mén)BM提供了廣闊的應(yīng)用空間。在跨流域、跨區(qū)域的引、調(diào)水工程中，長(zhǎng)隧洞常常是工程的首選引（輸）水建筑物。在地形、地質(zhì)條件限制的情況下，為提高隧洞施工速度，縮短工程工期，首選施工方案多采用TBM施工。
傳統(tǒng)TBM設(shè)備為單純滾刀破巖模式，即滾刀在法向推力作用下，貫入巖石致使巖石壓裂、脹裂、磨碎而達(dá)到破巖的目的，但一旦當(dāng)遇到超硬巖石時(shí)，滾刀無(wú)法貫入破巖，破巖困難、掘進(jìn)效率低、主軸承壽命短、刀具損磨耗嚴(yán)重等一系列問(wèn)題，TBM高效性喪失，極大的限制了TBM的使用范圍和發(fā)展空間。
為解決工程面臨的實(shí)際問(wèn)題，黃河設(shè)計(jì)院以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，結(jié)合蘭州市水源地建設(shè)工程、厄瓜多爾辛克雷水電站等國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目實(shí)踐，集合多項(xiàng)專利技術(shù)，與中鐵裝備集團(tuán)多年積累的裝備制造及研發(fā)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，最終成功實(shí)現(xiàn)高壓水力耦合破巖TBM“龍巖號(hào)”的研發(fā)下線。
記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，面對(duì)強(qiáng)度為150Mpa的極硬花崗巖，“龍巖號(hào)”以240Mpa的水壓噴出的白色水柱切出一道約11毫米深的縫隙。
高壓水力耦合破巖TBM研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司董事長(zhǎng)張金良介紹到，本次發(fā)布的高壓水力耦合破巖TBM取名為“龍巖號(hào)”，一方面源于該TBM即將投入應(yīng)用于福建省龍巖市萬(wàn)安溪引水工程項(xiàng)目。另一方面，龍是中華民族的圖騰，能力超群；巖即巖石，超硬巖石是此項(xiàng)技術(shù)裝備的主要攻克對(duì)象。 稱其為龍巖，既有對(duì)TBM超強(qiáng)性能的寓意，更有對(duì)其未來(lái)在重大工程中一顯神威的冀望。
“雙刀”破巖工效提升
“龍巖號(hào)”整機(jī)長(zhǎng)約300米、直徑3.8米。由黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司與中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司聯(lián)合攻關(guān)，從專利申請(qǐng)、試驗(yàn)研究、搭載方案論證、設(shè)計(jì)制造到組裝調(diào)試，集300余人耗時(shí)約3年時(shí)間。
高壓水力耦合破巖技術(shù)創(chuàng)造性地采用高壓水力射流與傳統(tǒng)TBM滾刀相耦合，將高壓水力射流噴嘴合理搭載于TBM刀盤(pán)上。利用超高壓水力射流沖切巖石成槽，為滾刀切割巖石提供自由面，同時(shí)水力劈裂巖石形成不規(guī)則裂縫，形成的環(huán)痕與滾刀的環(huán)痕有效疊加，可極大的提高滾刀貫入速度，減少滾刀法向推力，延長(zhǎng)主軸承使用壽命，“以柔克剛”，提高破巖效率，實(shí)現(xiàn)高效掘進(jìn)。
由于超高壓射流沖擊劈裂和濺射作用形成的微裂縫，在滾刀的作用下，微裂縫迅速擴(kuò)展貫通，可大大增加滾刀沿徑向破巖效率，減少刀具磨損，延長(zhǎng)滾刀使用周期和壽命， TBM刀具均價(jià)3萬(wàn)左右一把，磨損到達(dá)一定程度，需要更換，換刀時(shí)間一般為2-3個(gè)小時(shí)。因此，高壓水力耦合破巖技術(shù)在提高破巖效率的同時(shí)，也將節(jié)省TBM設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)。
另外，由于主軸承需要承受很大的推力，傳統(tǒng)的TBM平均的掘進(jìn)壽命在20公里左右。。高壓水力耦合破巖TBM利用雙刀（水刀+滾刀）改變破巖原理，相關(guān)技術(shù)人員表示，預(yù)計(jì)可降低30%-40%的主軸承推力，將大幅度延長(zhǎng)TBM設(shè)備壽命。
同時(shí)，由于高壓水力作用，TBM機(jī)頭部位不會(huì)產(chǎn)生粉塵，大幅提高了TBM工作面的作業(yè)環(huán)境。
有了“龍巖號(hào)”這把金剛鉆，工程方更敢挑戰(zhàn)“瓷器活”。據(jù)了解，“龍巖號(hào)”高壓水力耦合破巖TBM正式下線后，將運(yùn)往龍巖市萬(wàn)安溪引水工程現(xiàn)場(chǎng)，這將是我國(guó)首條開(kāi)展高壓水力耦合破巖的輸水隧洞，是水力行業(yè)科技推廣應(yīng)用的示范工程。該工程引水隧洞TBM施工段長(zhǎng)約15千米，地層巖性主要為黑云母花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英砂巖及石英礫巖。巖體完整，巖石強(qiáng)度高。石英、長(zhǎng)石等硬質(zhì)礦物含量高、磨蝕性強(qiáng)，而這也正是發(fā)揮“龍巖號(hào)“TBM技術(shù)優(yōu)勢(shì)的地方。同時(shí)，此次工程應(yīng)用將為“龍巖號(hào)”進(jìn)一步優(yōu)化性能提供更多有益的數(shù)據(jù)，也為下一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣打好基礎(chǔ)。
跨界合作三年一劍
黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司董事長(zhǎng)張金良介紹，針對(duì)目前TBM工程技術(shù)中存在的短板，公司成立了“TBM超高效掘進(jìn)成套裝備及新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)”研究團(tuán)隊(duì)，在工程地質(zhì)研究、高壓水力耦合破巖、TBM設(shè)備防卡脫困、新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新型高性能灌漿材料、超長(zhǎng)距離施工通風(fēng)等關(guān)鍵領(lǐng)域開(kāi)展了技術(shù)攻關(guān)。本次下線的“龍巖號(hào)”高壓水力耦合破巖TBM是團(tuán)隊(duì)研發(fā)成果之一，是一種跨概念的技術(shù)融合，具有很大的推廣意義。
由黃河設(shè)計(jì)院與中鐵裝備共300余人花費(fèi)3年時(shí)間攻關(guān)，是雙方深化產(chǎn)融合作方式、各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，通過(guò)技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、施工單位通力合作的成果。
中鐵裝備集團(tuán)副總經(jīng)理卓興建表示：“這種跨界的聯(lián)合攻關(guān)可以真正實(shí)現(xiàn)我們從中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變。”
事實(shí)上，這不是兩個(gè)單位首次合作。早在2015年， 黃河設(shè)計(jì)院總承包的蘭州市水源地建設(shè)工程中，便與中鐵裝備集團(tuán)聯(lián)合打造了國(guó)產(chǎn)首臺(tái)雙護(hù)盾TBM，并得到了成功應(yīng)用。
自“一帶一路”倡議被提出并逐漸落地展開(kāi)后，中國(guó)EPC（工程總承包 Engineering Procurement Construction）產(chǎn)業(yè)得到了系統(tǒng)化的戰(zhàn)略性助推，并迎來(lái)了高度的發(fā)展。
EPC模式，又稱工程總承包，是指總承包方受發(fā)包人委托，按照合同約定對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、試運(yùn)行等實(shí)行全過(guò)程或若干階段的承包。在EPC模式中，總承包方負(fù)責(zé)整個(gè)工程內(nèi)容的總體策劃以及整個(gè)建筑工程實(shí)施組織管理的策劃和具體工作，專業(yè)設(shè)備、材料的采購(gòu)，以及施工、安裝、測(cè)試和技術(shù)培訓(xùn)等。通常情況下，總承包方對(duì)所承包工程的質(zhì)量、安全、費(fèi)用和進(jìn)度負(fù)責(zé)。
近些年，國(guó)內(nèi)EPC企業(yè)更加重視項(xiàng)目的質(zhì)量和效益，開(kāi)始謀求業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，很多企業(yè)不斷進(jìn)行新模式的探索。而隨著EPC模式暴露出來(lái)的便是不同業(yè)務(wù)單位之間各自存在的短板。例如設(shè)計(jì)單位不懂裝備制造，裝備制造單位不懂設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)施工單位對(duì)設(shè)計(jì)、裝備制造也是知之甚少。專業(yè)壁壘導(dǎo)致合作中的溝通成本進(jìn)一步增加。
新的管理機(jī)制必然帶來(lái)新的需求，承包商意識(shí)到，只有將設(shè)計(jì)、裝備制造、施工三方有效的結(jié)合起來(lái)，形成技術(shù)創(chuàng)新，才能應(yīng)對(duì)發(fā)展越來(lái)越快速的EPC產(chǎn)業(yè)。而此次黃河設(shè)計(jì)院與中鐵裝備集團(tuán)的合作便是一次典型的成功案例，雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、開(kāi)展全方位的充分合作。也為未來(lái)高端裝備研發(fā)提供了一條效率更高、應(yīng)用場(chǎng)景更加落地的實(shí)現(xiàn)路徑。
“要成為一個(gè)真正的裝備制造大國(guó)，必須有自主創(chuàng)新，有完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這樣才不受制于人。而真正的創(chuàng)新是由企業(yè)需求拉動(dòng)的”，張金良認(rèn)為，“這種跨界的合作往往是創(chuàng)新的源泉。”
正如張金良所表示的，科學(xué)與技術(shù)屬于兩個(gè)不同范疇的科目。科學(xué)由興趣而生，技術(shù)則是將知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的過(guò)程，只有相互融合的創(chuàng)新才更加具有應(yīng)用價(jià)值。而企業(yè)是整個(gè)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)動(dòng)機(jī)，科技創(chuàng)新則是企業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。高壓水力耦合破巖TBM設(shè)備的研發(fā)正是黃河設(shè)計(jì)院強(qiáng)化科技創(chuàng)新，打造地下工程領(lǐng)域核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要戰(zhàn)略部署。
