城市生活最方便的交通方式非地铁莫属了,但要运行地铁就需要挖隧道,那你知道隧道其实都是由一种叫盾构机的机器挖的吗?
就拿美国来说,美国拥有着全世界最大的盾构机-Bertha(贝莎)。而中国也后来居上,知道今天的技术领先世界,那你知道美国的盾构机与中国的盾构机到底孰弱孰强吗?他们又有什么区别呢?
盾构机问世至今已有近200年的历史,其始于英国,发展于日本、德国。美国拥有着世界上最大,挖掘速度最快的土压平衡盾构掘进机——贝莎,它被称为世界第一盾构机,业界人称“地下巨无霸”。其整体长达110米,直径为17.45米、重约7千吨,最大挖掘速度能够达到每小时3.6米。
Bertha主要是应用于美国华盛顿州运输局,在该州西雅图市内实施的“SR99 Tunnel Project”道路隧道工程。这个项目主要是为了让西雅图市内的99号线老化高架桥的部分,改建成为地下隧道。
Bertha尾部配有一个专门运送碎土的管道,同时还有一台负责拼接混凝土板的装置,可以实现在挖土的同时,让工人在后方直接安装混凝土加固板,这样既可以既大大节约时间,又能实现在隧道挖完的同时,工人也能按时完成加固工作。
除此之外,Bertha还具备回填材料的功能,施工工人可以在这台盾构机钻头出现损坏时,从内部为它及时地更换刀盘或者钻头,以达到有效节约工作时间和提高工作的目的。
更令人震撼的是,当Bertha挖掘机停止运行时,其依旧可以检测到室内土壤和道具压力的数据状况,这就为工人的安全性增添了一份保障。
此外,它还会自动将管道中的泥沙运送到指定场所,不需要再单独配备运输装置。正是因为Bertha的强大,让该项目完工时间缩短至4年。
美国Bertha巨型盾构隧道挖掘机挖通了西雅图高速公路底下SR99大型立体隧道,这一令人瞩目的事件打破了世界各国人民的传统认知。
这种体型巨大且精密的工业产品,对于当时的中国来说,无疑是一大软肋。但这也激起作为中国人民想要自己制造盾构机的决心。
国产盾构机硬是从当初的一张图纸都没有,甚至有的研究人员都没在见过盾构机的艰难情况下,2008年我国第一台自主生产的复合式盾构机——中国中铁一号在河南新乡正式下线,实现了突破性的跨越。
该盾构机在2018年依旧适用于郑州市民文化服务区A合同段地铁14号线。“中国中铁一号”最终达到了平均日掘进20环,日最高掘进30环的成就。
这也使中国中铁一号在完成天津地铁的掘进任务的10年后,通过再制造公司的升级改造,以崭新的面貌重新回到大众的视野,其卓越的性能,最大程度的彰显了“装备造”盾构的良好根基,充分体现了再制造公司对于盾构机的优化升级能力。
2020年我国自主研发的第1000台盾构机粤海14号成功问世,该盾构机的总重量为4300吨,直径为16.07米,是目前为止中国研制的最大直径盾构机,是当之无愧的“大国重器”。该工程是国务院节水供水的重大水利重要工程之一,计划总投资约338亿元。
其输水线路总长约为113.1公里,是输水线路最长的广东省水资源调配工程。而之后的“胜利号”,是中国企业第一次在海外市场所建设的较大直径的铁盾构工程,也是2020年中国出口欧洲最大直径的盾构机,其总长为2.947公里,主要是要通过自主研发的11米级大直径盾构机进行施工。
“胜利号”的主驱动系统配有直径为6米的超大型主轴承和12台大功率变频电机,最大程度的确保了刀盘开挖时,能够达到该系统的最大功力,以便于适应复杂多变的施工情况。
此外,“胜利号”的换刀系统是独特的双层刀具运输通道,不仅提高了刀具运输效率还降低人工搬运刀具的费用和时间。“胜利号”还有一个很好的优势就是可以监测到渣土中所含有的金属物,借此为盾构机操作人员提供参数依据。
美国与中国的盾构机孰强孰弱,这没有一个确切的定论。世界各国对于挖隧道都有着适合自己的方式,美国的盾构机尺寸更大,盾构机的发展历史也相对悠久,在盾构机的技术方面有一定的优势。
然而中国的盾构机在保证质量的同时也在寻求价格方面的合理性,而且注重创新,试图将盾构机应用于更多领域,相比较之下中国更加智能。总而言之,能够在保证工程质量的前提下尽可能用较短的时间完成项目,且提高安全性的盾构机就是一个好盾构机。
在当今社会地铁成了快捷的城市交通方式,而建设地铁的过程中,盾构机起着重要作用,但是你知道吗?其实盾构机的发明竟是从一只虫子来的。
18世纪末,一次偶然的机会,布鲁诺尔发现船蛆的钻洞行为十分奇怪。船蛆是一种借硬壳生存的软体动物,巢穴通常筑于木制船舶,且以木材为食。该动物从体内分泌一种液体,然后涂在孔壁上形成保护壳,通过这种方法,以达到抵抗木板潮湿后发生的膨胀效果。
通过船蛆钻洞行为,布鲁诺尔提出著名盾构掘进隧道的原理,也就是所谓的开放型手掘盾构的原型。此后,通过对盾构结构的机械系统不断地进行优化升级,全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳最终应用于布鲁诺尔设计中。
在盾构工法问世以前,隧道施工主要采取开挖法,而现代的盾构机不仅高效、快捷且创新性高。其主要是由盾体、螺旋机、台车等组件构成,中空结构的台车是这些组件当中规模最大的,每部长约11米。
盾构机的轨道是采用外轨和内轨结合的双轨道,其外轨道主要是供台车行驶,内轨道主要是供渣土车等行驶。地下土层的挖掘则由机头来完成,然后用传送带把渣土传送到渣土车上,并由其送到指定地点。
只要掘进空间满足要求,管片就会通过盾构机牢牢地粘贴到隧洞壁上,每贴进六片称为一环,每三十分钟掘进一环。为了确保能在如此小的作业面上完成多重工序,盾构机巧妙地采用了砂浆车来浇灌管片之间的缝隙。
在盾构机问世之前,中国人民修建隧道只能采取传统的爆破方法和人工挖掘方法。在当时的条件下只有铁锹、钢钎、小推车等简单工具,并没有机械性工具。而单纯用人工进行操作,不仅耗时长,费用大,工人的安全性更是无法保证。
20世纪下半叶,盾构机逐渐在欧、美、日市场普及,也逐渐被这些国家垄断,就在中国人民满怀期待,希望通过盾构机大大提高我国基建水平的时候,欧美日国家给了我们当头一棒,联合对我国进行了技术封锁。
凭着对盾构机的垄断,毫不客气地对我国狮子大开口,仅仅进口一台盾构机就需要我方支付7亿元。更让人不能接受的是,所谓7亿“天价”的进口货,却频频出现故障。除了要漫长地等待这些外国维修人员外,每次维修都需要支付高额的薪水。
更过分的是,在维修过程中也要拉警戒线,中方的工作人员不得靠近。有时候明明是一个简单的故障,奈何我们没有这方面的技术,就要被外国维修人员拖上十天半个月,不仅耗费人力财力还严重的影响到了施工进度。
这让中国人民知道,要想搞好基建,我们一定要有自己的盾构机,而这段屈辱的经历,也时刻警醒着中国人民,只有不断强大,你才会有底气和更多选择。自主研发盾构机,不仅是为了表面的面子骨气,还有更深层次的忧虑。
盾构机对于西部地区的发展,铁路、公路等交通设施的普遍建设必不可少。盾构机可以很好地解决西部地区开发过程中可能遇到的各种困难杂症。而且西部地区能源丰富,地理位置特殊,是中国的腹地,如果长期使用外国盾构机,一方面可能会暴露一些比较敏感的位置,由此造成的影响将无法估量。
另一方面原因是盾构机有着无限的潜能,不管是其发展潜力,还是应用市场都存在着巨大的可能性,诸多因素都在告诉中国人民“造中国人自己的盾构机”是从情感到理智都必须要完成的目标。
2002年国产盾构机的研制正式列入了“863计划”。2009年是国产盾构机从起步到逆转的至关重要的一年。不仅建造了11.22米直径的“进越号”还打通了上海的打浦路隧道,更是打破了国内盾构机市场被国外品牌所占领的尴尬局面。
到今天为止,国内市场上基本没有纯进口的盾构机。盾构机的用法也在中国推陈出新,例如通过盾构机开个很小的作业口在老旧小区建地下停车场,这在过去几乎是不可能实现的。
中国的盾构机拥有着过硬的质量,受到越来越多国家的认可,在国际上许多的工程项目都可以看到中国盾构机的身影。2016年,新加坡的地铁工程就是由中铁装备向新加坡提供10余台盾构机所建设的。
2020年,耳其伊兹密尔市地铁项目的成功,使得中国的盾构机事业更上一层楼,获得了首个欧盟权威技术检验协会颁发的安全认证标志。根据数据统计表明,2017年和2018年,中铁装备的盾构机产销量,连续两年位居世界榜首,这也是世界对中国盾构机质量和品质的认可。
国产盾构机从最初的一无所有到今天占领了该领域2/3的国际市场。回顾中国盾构机的发展历程,不禁让中华儿女感慨万千,靠着一代代人的努力与智慧,慢慢地从无到有、从弱到强,从追赶到超越。
国产盾构机的成功并非偶然,而是得之不易,是我们在做好一切准备后所具备的各种天时地利人和。“天时”也即我们有国内大市场这个前提,“地利”即有产业链这个基础,“人和”即我们足够自立、坚定决心与不懈努力。
正是在不断的努力下,中国盾构机才能够一次次地取得技术突破,打破一个个的技术垄断。我就想问一下:当你的“脖子”足够粗壮,你还会怕别人“卡”你脖子吗?
中国与美国的盾构机,其实也没什么好对比的,美国这款盾构机是发明时间相对比较早的,而现在的中国盾构机不断地进行优化升级,并且适应各种不同的地形,不断的创新改变,以便应用于更多的领域,以便更好地为我国基建事业做出贡献。
而且从基建情况,其实也可以看出孰弱孰强,但我觉得,盾构机只要能够最大程度的省时、省力、省心,那它就是一台好盾构机,那么大家觉得二者谁更厉害。