進(jìn)入今年7月份，一臺(tái)體型有別常規(guī)產(chǎn)品的盾構(gòu)悄悄進(jìn)駐中鐵裝備國家TBM產(chǎn)業(yè)化中心，高大寬敞的新建組裝車間能夠完全容納它巨大的身軀，產(chǎn)業(yè)工人穿梭其間忙碌著進(jìn)行組裝、調(diào)試。7月中旬，這個(gè)龐然大物完成最終的“變形”，以其世界首創(chuàng)的異形盾構(gòu)機(jī)身份出現(xiàn)在中鐵裝備盾構(gòu)產(chǎn)品序列中。

　　之所以稱之為“異形盾構(gòu)”產(chǎn)品，是因?yàn)橛袆e于常規(guī)圓形盾構(gòu)產(chǎn)品，這臺(tái)盾構(gòu)刀盤呈倒“U”形，遠(yuǎn)觀形似馬蹄，因此又得到一個(gè)形象的名字——馬蹄形盾構(gòu)。這臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑達(dá)到11米，盾體采用梭式結(jié)構(gòu)，雙螺旋輸送機(jī)出土。刀盤采用九個(gè)小刀盤共同組成一個(gè)馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式,可進(jìn)行全斷面切削;刀盤控制采用“上下對(duì)稱，左右對(duì)稱”的原則，有調(diào)試、掘進(jìn)、維保三種模式可供選擇;當(dāng)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生滾轉(zhuǎn)時(shí)，可通過多個(gè)刀盤同向轉(zhuǎn)動(dòng)使盾構(gòu)獲得反方向的扭矩，以達(dá)到滾轉(zhuǎn)糾偏的目的。

　　與國際上常規(guī)的圓形盾構(gòu)機(jī)不同，中鐵裝備的異形盾構(gòu)機(jī)不僅是斷面的“變形”，更實(shí)現(xiàn)了工法、技術(shù)的“變形”。馬蹄形盾構(gòu)工法在大型公路、鐵路山體隧道領(lǐng)域首次運(yùn)用，它能夠最大程度增加空間利用率，較圓形截面減少20%～30%的開挖面積，是全球首創(chuàng)的隧道開挖模式，設(shè)備的成功研制將形成具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超大馬蹄形盾構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異形盾構(gòu)裝備的自主化和智能化，為我國高端設(shè)備進(jìn)軍國際市場(chǎng)提供強(qiáng)有力的工程案例。

　　2015年8月5日下午，聲勢(shì)浩大的蒙(西)華(中)鐵路全面開工動(dòng)員視頻大會(huì)在中國中鐵股份有限公司召開，標(biāo)志著國內(nèi)最大規(guī)模運(yùn)煤專線——蒙西到華中煤運(yùn)鐵路(以下簡稱“蒙華鐵路”)建設(shè)全面推進(jìn)，這也是繼大秦線(山西大同至河北秦皇島)之后國內(nèi)又一條超長距離的運(yùn)煤大通道。

　　與此同時(shí)，中鐵工程裝備集團(tuán)設(shè)計(jì)研究總院的研發(fā)人員接到一個(gè)前所未有的任務(wù)——為蒙華鐵路白城隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)一臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)機(jī)，這令他們緊張又興奮。

　　眾所周知，目前國內(nèi)鐵路隧道多為雙線隧道，鋪設(shè)有4條鋼軌，可以供火車同時(shí)相向行駛。因此，鐵路雙線隧道工程多采用三心圓曲墻式斷面(開挖斷面圓弧為馬蹄形狀)，以保證鐵路隧道的空間要求。

　　“以前我們生產(chǎn)的主流盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)品，刀盤多為圓形。”中鐵工程裝備集團(tuán)設(shè)計(jì)研究總院頂管所所長范磊說，相對(duì)而言，研發(fā)馬蹄形盾構(gòu)機(jī)無疑是對(duì)大家的一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　很快，一個(gè)由設(shè)計(jì)研究總院頂管所和結(jié)構(gòu)所組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成立了。一個(gè)最為現(xiàn)實(shí)的問題擺在他們面前：怎樣最大限度保證馬蹄形盾構(gòu)機(jī)的開挖效率?

　　換做是常規(guī)圓形盾構(gòu)機(jī)，因?yàn)榈侗P為圓形，滾刀回轉(zhuǎn)軌跡也是圓形，能夠有效地對(duì)隧道掌子面進(jìn)行開挖，開挖率自然不是問題。而現(xiàn)在，他們面對(duì)的是一個(gè)不規(guī)則的馬蹄形斷面，問題難度一下子陡然上升。

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次討論，最終決定通過改變盾構(gòu)刀盤的排列位置和刀盤的大小，來保證開挖效率和渣土攪拌效率。兩名設(shè)計(jì)師奮戰(zhàn)了15天，最終拿出了10種刀盤排列組合方案，研發(fā)團(tuán)隊(duì)又經(jīng)過多次集中論證，最終確定了一種方案，即采用“上下對(duì)稱，左右對(duì)稱”的9刀盤組合方式。

　　盾構(gòu)機(jī)殼體的受力情況也是需要考慮的重點(diǎn)。以往常規(guī)盾構(gòu)機(jī)殼體為圓柱形，受力集中在圓心位置，能夠保證盾構(gòu)殼體不變形。而馬蹄形盾構(gòu)機(jī)為異形盾構(gòu)機(jī)，外形不規(guī)則，受力分散，在強(qiáng)土壓下極易發(fā)生變形，這讓范磊等人大傷腦筋。

　　“是否可以從盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，來保證殼體剛度?”腦海里一閃念，范磊他們趕緊付諸實(shí)施，在盾構(gòu)殼體內(nèi)部加裝了梁式、箱體等結(jié)構(gòu)，并做了大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析，按照實(shí)際工況，進(jìn)行軟件模擬，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了一一比對(duì)、優(yōu)化，盾構(gòu)殼體的剛度和強(qiáng)度得到了有效保證。

　　憑著敢于創(chuàng)新的精神、勇于探索的勇氣，馬蹄形盾構(gòu)機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)邁過一道道坎，漸漸看到前方熹微的曙光。而最讓研發(fā)負(fù)責(zé)人范磊欣慰的，是整個(gè)團(tuán)隊(duì)高度的責(zé)任心和融洽的凝聚力。為了趕上完工進(jìn)度，團(tuán)隊(duì)成員俞培德帶著感冒的病體仍然奮戰(zhàn)在一線車間，指揮調(diào)度?！拔疫@里有藿香正氣水，中午別忘了來拿!”在范磊他們的“馬蹄形盾構(gòu)生產(chǎn)交流”微信群里，有同事關(guān)切地為俞培德提供幫助。“自6月開始進(jìn)入組裝工序以來，大家晝夜工作，很多人周末還待在單位加班加點(diǎn)?！狈独谡f，沒有團(tuán)隊(duì)的辛勤付出，就沒有如今完美呈現(xiàn)在世人面前的馬蹄形盾構(gòu)機(jī)。

　　中鐵裝備研究院工程師董艷萍在接受記者采訪時(shí)說，進(jìn)入今年6月份以來，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就沒有休過雙休日，就連中午吃過飯的工夫也沒有休息，大家都是為了一個(gè)共同的目標(biāo)，讓這款世界首創(chuàng)的馬蹄形盾構(gòu)機(jī)早日完美呈現(xiàn)在世人面前。說起他們這個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，真令人羨慕，一共有25人，平均年齡只有29.5歲。從去年11月份項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正式成立以來，他們的工作及生活節(jié)奏全部打亂了。去年12月份到2016年春節(jié)是工作最緊張的階段，短短兩個(gè)月時(shí)間要完成80%的工作量，難度可想而知。在這段時(shí)間，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員每天的工作時(shí)間都要超過10個(gè)小時(shí)。長時(shí)間面對(duì)電腦，長時(shí)間一個(gè)姿勢(shì)坐著，不少人看著電腦就頭暈，坐的時(shí)間長了就渾身酸疼。和記者說了不到半個(gè)小時(shí)，董艷萍就說不能陪著坐了，她要站起來走走，坐著腰疼得厲害。

　　談起馬蹄型盾構(gòu)機(jī)的意義，董艷萍一下子打開了話匣子。他告訴記者，馬蹄型盾構(gòu)機(jī)的問世一個(gè)重要意義就在于將城市地鐵盾構(gòu)工藝施工技術(shù)應(yīng)用到公路、鐵路的山嶺隧道，是一次創(chuàng)新型、開放性的嘗試，首次對(duì)中國鐵路、公路、山嶺隧道施工提供了一種新的高效工法。

　　與傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)機(jī)相比，在相同的施工規(guī)范下，馬蹄形盾構(gòu)機(jī)相對(duì)于圓形盾構(gòu)機(jī)的開挖面要小得多，相應(yīng)的施工成本也會(huì)減少許多。

　　還有一個(gè)更為重要的，那就是過去傳統(tǒng)的圓形盾構(gòu)機(jī)只要一個(gè)中央刀盤，對(duì)軸承的要求也非常高，由于國內(nèi)沒有找到適合的軸承，他們只好選用進(jìn)口軸承。而這種馬蹄形盾構(gòu)機(jī)用了9個(gè)小刀盤，就要用9個(gè)規(guī)格相對(duì)較小的軸承，國產(chǎn)的軸承就能滿足要求。這樣一來，大大提升了我國隧道裝備的國產(chǎn)化水平，總成本相比過去降低了15%~20%。

　　隧道掘進(jìn)機(jī)是集機(jī)械、電氣、液壓、傳感、力學(xué)等技術(shù)于一體的高端裝備，被譽(yù)為“工程機(jī)械之王”，已成為現(xiàn)階段衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平的標(biāo)志性產(chǎn)品。

　　近年來，中鐵裝備緊盯盾構(gòu)機(jī)行業(yè)的先進(jìn)水平，解決了一個(gè)個(gè)施工難題：開發(fā)的國內(nèi)首臺(tái)硬巖盾構(gòu)，成功解決重慶硬巖地層盾構(gòu)施工難題;開發(fā)的世界首創(chuàng)最大斷面的矩形盾構(gòu)，貫通鄭州市中州大道下穿隧道工程，創(chuàng)新國內(nèi)城市主干道下穿隧道施工工法，產(chǎn)生的示范效應(yīng)波及海外，取得了新加坡地區(qū)等海外訂單;依托國家863、973計(jì)劃研制出首臺(tái)大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)，與國外競爭對(duì)手同臺(tái)競技，成功獲得吉林中部城市引松供水隧洞工程的設(shè)備訂單，設(shè)備在灰?guī)r地質(zhì)條件下創(chuàng)造月掘進(jìn)1226米的全國紀(jì)錄，機(jī)況良好、穩(wěn)定;今年1月份，公司成功中標(biāo)太原鐵路樞紐西南環(huán)大直徑土壓盾構(gòu)機(jī)項(xiàng)目，項(xiàng)目是1臺(tái)直徑12.14米的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，這將成為現(xiàn)階段國內(nèi)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，目前主體設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，正在加緊生產(chǎn)，計(jì)劃于10月總裝下線;4月，公司中標(biāo)兩臺(tái)直徑10.87米泥水盾構(gòu)機(jī)，這兩臺(tái)設(shè)備將用于京沈高鐵的關(guān)鍵控制性工程望京隧道，該項(xiàng)目是中裝裝備自主研發(fā)的首臺(tái)10米級(jí)的大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)，標(biāo)志著中鐵裝備在大直徑泥水盾構(gòu)市場(chǎng)中獲得了客戶認(rèn)可;7月，公司成功研制出世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)機(jī)，將首次應(yīng)用于鐵路山嶺軟土隧道領(lǐng)域，創(chuàng)新隧道新型開挖模式，為我國高端設(shè)備進(jìn)軍國際市場(chǎng)提供了強(qiáng)有力的工程示范。

　　隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的逐漸深入，對(duì)高端施工裝備提出了更為多樣化的需求，盾構(gòu)產(chǎn)品漸向小微化、巨型化以及異形化發(fā)展。中鐵裝備以極富前瞻性的視角，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，先后研發(fā)出世界最大斷面矩形盾構(gòu)機(jī)、世界最小硬巖掘進(jìn)機(jī)以及國內(nèi)首批雙護(hù)盾TBM，不僅在“增品種”上交出完美答卷，更實(shí)現(xiàn)了提品質(zhì)、創(chuàng)品牌的巨大突破。2015年中鐵裝備研制的矩形盾構(gòu)機(jī)、硬巖掘進(jìn)機(jī)先后出口到新加坡、黎巴嫩等國，中鐵裝備盾構(gòu)產(chǎn)品以其良好的地質(zhì)適應(yīng)性和優(yōu)質(zhì)高效的掘進(jìn)表現(xiàn)，“征服”了海外客戶。

　　在今年第三十一屆德國慕尼黑國際工程機(jī)械展上，中鐵裝備展出的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工法讓國際同行吃驚，他們直言：“這樣的產(chǎn)品我們想過，卻并未行動(dòng)。而你們做到了，值得點(diǎn)贊!”

　　與此同時(shí)，中鐵裝備通過樹立全球化的經(jīng)營理念，注重推進(jìn)全球優(yōu)勢(shì)資源整合和國際產(chǎn)能合作，于2013年11月，成功收購國際著名設(shè)備廠商——德國維爾特公司的硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)和豎井鉆機(jī)知識(shí)產(chǎn)權(quán)及品牌使用權(quán)，成為世界上能夠獨(dú)立生產(chǎn)硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三大企業(yè)之一。

　　為了加快消化、吸收、再創(chuàng)新步伐，他們立即在德國埃爾克倫次成立子公司，聘用了原維爾特的專家和技術(shù)骨干，同時(shí)向海外派駐優(yōu)秀的研發(fā)設(shè)計(jì)工程師，加快推動(dòng)新產(chǎn)品研發(fā)和項(xiàng)目落地。去年年初，依托吉林引松供水項(xiàng)目，首臺(tái)硬巖TBM下線;17～20寸滾刀及各類型硬巖刀具研制成功，推進(jìn)了關(guān)鍵部件國產(chǎn)化進(jìn)程;今年1月，為意大利CMC公司研制的世界最小直徑(3.53m)TBM下線，應(yīng)用于黎巴嫩供水工程;為以色列特拉維夫輕軌項(xiàng)目打造的6臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)也正在加緊設(shè)計(jì)和制造當(dāng)中，目前已有兩臺(tái)設(shè)備運(yùn)往項(xiàng)目工地。

　　一臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)機(jī)，展示的不僅僅是它與眾不同的造型和工作原理，更為重要的，是它展示了中鐵裝備人勇于創(chuàng)新的風(fēng)采。記者在驚嘆一個(gè)個(gè)世界級(jí)施工難題被攻克的同時(shí)，更為中鐵裝備人那種鍥而不舍、勇攀科技高峰的精神所折服。兩個(gè)多月沒日沒夜，眼睛緊盯電腦屏幕，終于換來了世界首臺(tái)異形盾構(gòu)機(jī)的問世。我們?yōu)橹炔剩瑫r(shí)期待著下一個(gè)奇跡的出現(xiàn)。

記者：閆曉春