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盾构机
推动我国走向制造强国的地下巨龙
  盾构机,全名盾构隧道掘进机,即使用盾构法进行隧道掘进。区别于敞开式施工法,它能够在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,能够高效完成隧道挖掘任务,是推动我国走向制造强国的地下巨龙。
  盾构机的基本工作原理就是以圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾,对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑作用,承受周围土层的压力,有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。根据不同施工环境,盾构机可分为土压盾构、泥水盾构、复合盾构和硬岩掘进机(TBM)。
  盾构机问世至今已有近200年的历史,始于英国,发展于日本、德国等地。2002年,我国将盾构机列入863计划,集中全国力量专项自主研发;2008年,成功研制出了第一台拥有自主知识产权的复合式盾构机“中国中铁1号”。此后,我国盾构机产业迅速发展,产销量不断攀升。
  值得一提的是,我国攻克了盾构机主轴承这一“卡脖子”关键技术。主轴承作为盾构机的核心部件,此前被外国企业长期垄断,是我国盾构机全产业链自主化的“最后一公里”。中国科学院于2020年启动了“高端轴承自主可控制造”战略性先导科技专项,中国科学院金属研究所、中国科学院兰州化学物理研究所等7家院内科研单位组成建制化团队,联合中交天和机械设备制造有限公司、洛阳新强联回转支承股份有限公司等20余家单位进行协同攻关,先后解决了主轴承材料制备、精密加工、成套设计中的12项核心关键技术问题,开发出直径3米级到8米级的盾构机主轴承共10套。这标志着我国已掌握盾构机主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试和检测评价等集成技术。
  实现自主生产后,我国盾构机整体生产成本大幅降低,在全球市场上更具话语权与竞争力,在多个领域得到广泛应用,为我国基础设施建设提供有力支撑。
  盾构机的施工效率高,在硬岩和复杂地质条件下的施工效率高于传统的开挖方法,能够连续作业,减少人工挖掘,大大缩短建设周期。盾构机配备先进的支护系统,可以有效地控制地表沉降和周边建筑物的稳定。由于盾构机在地下作业,对地面交通和环境的干扰较小,例如在城市地铁建设中,盾构机施工期间,地面交通基本不受影响,周边居民的生活也不会受到明显干扰。另外,盾构机通常配备有先进的导航和监控系统,可以实现精准控制和自动化操作,提高施工精度和质量。

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