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铁建重工成功研制国产最小直径快速铺顶机
潇湘眼杰
2023-06-18 14:37:11
阅读：2206
来源：长沙晚报/伍玲
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提要根据行业划分，直径3米以下为小型掘进机，直径1米以下为微型掘进机。
这台国产最小直径快速铺顶机直径仅有914毫米，架空摆放也只到陈亮胸口位置。 长沙晚报全媒体记者 伍玲 摄
你也许见过城市里修建地铁时常见的“巨无霸”盾构机，一个刀盘就有四五层楼高，可是，你应该没有见过微缩版的“掘进机”，“躺”在地上，刀盘还没一个3岁的小孩高。
6月15日，在铁建重工长沙第一产业园，记者亲眼见到这台编号为DS1212、号称国产最小直径快速铺顶机时，此前脑海中对它虚构的一切印象全部化为一句话，“螺蛳壳里做道场”。
“虽然直径只有914毫米，但大型盾构机该有的系统和功能，这台快速铺顶机一样不少。”铁建重工土压盾构研究分院院长陈亮介绍，预计7月这台快速铺顶机将拆装运往泰国，参与曼谷天然气管道铺设工程。
打破国外垄断
与铁建重工往常直径动辄十几米、四五层楼高的大型盾构机不同，这台快速铺顶机显得“袖珍”。即使目前被悬空摆放着，它也只到陈亮的胸口位置。
根据行业划分，直径3米以下为小型掘进机，直径1米以下为微型掘进机。2019年以前，这个细分领域的产品，全球只有德国一家企业能够制造出来，因此，该企业在市场拥有绝对的话语权，“设备价格、施工工期、保障服务全部由厂商说了算”。
事实上，成立十余年来，铁建重工已经用逾千台掘进机订单数告诉外界，他们在不断打破国际垄断，填补国内空白。这一次，也不例外。
“2019年一位客户找到我们，想联合研制小型快速铺顶机，公司觉得时机也成熟了，快速组建了9个人的团队。”彼时，陈亮才32岁。
团队组建后，他们主要做的事是：在三维系统不断模拟设备零部件空间布局的合理性，寻找适配小型铺顶机的零部件，驻守在组装线旁，实时察看装配进度，并与设计图纸反复比照。
当年，经过几个月的艰苦研制，一台直径1219毫米的快速铺顶机在铁建重工下线，性能不逊于国外品牌，而价格仅为国外品牌的一半。
随后，这台快速铺顶机被运往国内某油气管道项目“服役”，并创造了日进尺191米的施工纪录。
攻克三大难题
比起2019年下线的快速铺顶机，记者当日见到的这台快速铺顶机直径还小了300余毫米。这意味着无论是设计还是装配，都面临更大的难度。
“这些快速铺顶机基本上用于石油、燃气、污水等管道工程施工，不需要明挖施工，一旦入地挖掘，就不能出错。”陈亮告诉记者，小型铺顶机不像大直径盾构机，刀盘和控制系统如果出现故障，技术人员还可以钻入地底，进入盾构机内部进行检修。
“快速铺顶机尺寸越小，对空间设计利用率要求就越高。”负责DS1212快速铺顶机总体设计的刘任丰，今年也不过29岁。他说，如何将各个零部件合理布局，这是要解决的首要难题。“小的快速铺顶机组装时更费劲，装配时只能一个人钻进去，趴着干。”
记者注意到，尽管整个快速铺顶机内部全是各种密密麻麻的零部件和管线，但布局井然有序，其中最大的零部件当属出渣泵，需要在直径860毫米的管道内布置。
一般来说，快速铺顶机由掘进机和推管机两大部分组成，具备开挖、支护和出渣三大功能，利用掘进机进行隧道开挖，推管机夹住管道将其推入地层，实现隧道开挖、管道铺设同时进行。
设计要考虑的第二个问题是长距离散热。“快速铺顶机长期作业，会产生大量热量，内部空间本来就小，额外铺设水冷系统肯定要挤占快速铺顶机空间，成本也要上去。”于是，研发团队另辟蹊径，创新冷却系统，利用原有的泥浆、出渣管道作为降温系统，既出渣又降温，一举两得，从而解决了这一难题。
对于客户来说，还有一个关心的问题，就是在不明挖的前提下，快速铺顶机如何精准地按照路线掘进。
原来，这台快速铺顶机将要在曼谷燃气管道工程的多个长区间施工，最长区间长度达1000米，为大坡度V形纵曲线穿越施工，管道中部还要下穿建筑物，而燃气管道线路刚好从沿线电线塔的2个桩基中间穿过，桩基间距仅为3.5米，因此对设备可靠性及测控导向精度要求极高。
以往设计大直径掘进机时，研发团队常会采用激光导向系统来确定路线，一旦出现偏差，技术人员还可以进入内部复测校正。快速铺顶机受限于施工环境，研发团队创新性地使用惯性导航+复测系统来测定路线，完美地解决了这一问题。
未来前景广阔
根据国家统计局发布的《2021年中国油气管道建设新进展》显示，2021年天然气管道新建成里程约3126千米；原油管道新建成里程1690千米，较2020年增加1594千米；成品油管道新建成里程598千米，较2020年增加598千米。
“我们小型、微型快速铺顶机的客户主要为中石化、中石油等单位。”陈亮告诉记者，快速铺顶机只要“一头”开挖简易工作井，不需要像明挖一样，对路面“开膛破肚”，因此客户更青睐于选择快速铺顶机来施工。
而近年全国各地加速上马的地下综合管廊项目，通过线路“入地”消除了天空“蜘蛛网”，也是当下快速铺顶机急需抢占的“地盘”。
据介绍，我国地下综合管廊建设从2015年开始试点，到去年6月底，279个城市、104个县累计开工建设管廊项目1647个、长度5902千米，形成廊体3997千米。
“尽管明挖施工更经济实惠，但随着各地城市化水平不断提高，城市建筑物的增加，使用快速铺顶机进行管道施工将成为新趋势。”话语中，陈亮对快速铺顶机的未来充满信心。
