盾构机 “百变金刚”本领强

  日前，国产超大直径盾构机“江海号”顺利始发，建设世界最长水下公路盾构隧道——海太长江隧道。范少文摄

  河南郑州，“帕蒂加朗号”盾构机下线米，将出口澳大利亚，这是我国出口的最大直径盾构机；

  上海崇明，“领航号”盾构机掘地潜行，以“有人值守、无人操作”的方式抵达长江江心……

  盾构机，全称为全断面隧道掘进机，被誉为“工程机械之王”。刀盘直径从0.5米到超16米，掘进方向从水平到斜向、竖向、拐弯掘进……如今，在中国工程师手里，盾构机成了“百变金刚”，种类非常之多、本领高强。

  过往，盾构机多是水平掘进。今天，中国制造的盾构机不仅能横着挖，还能斜向上挖、斜向下挖、直线向上挖、直线向下挖。

  说起斜向上挖的盾构机，不得已提全球首台大直径会“爬陡坡”的隧道掘进机“永宁号”。

  去年9月，“永宁号”顺利完成洛宁抽水蓄能电站2号引水斜井的挖掘任务。这是一条坡度达38.742度、全长约873米的斜井。“永宁号”不仅成功爬坡，还取得了月掘进332米、单日最高进尺22.75米的佳绩，大幅度的提高了斜井的施工效率。

  有了“永宁号”的成功经验，中铁装备研发团队又开发了全球首台大倾角下坡掘进矿用隧道掘进机“中铁1285号”。

  眼下，“中铁1285号”已完成淮北矿业集团临涣煤矿作业任务。它不仅实现了长距离15度下坡掘进，还成功穿越落差达330米的大断层，一口气完成下坡、拐弯等高难度动作。

  在上海静安区广延路一处绿地，占地面积不足300平方米的围挡内，上海首个垂直掘进（盾构）地下智慧车库项目正在进行最后的调试。

  中铁十五局项目负责人王文灿和记者说，与传统垂直车库采用明挖法或沉井法施工不同，这一个项目使用了全球最大直径竖井掘进机“梦想号”，验证了垂直掘进施工工法的可行性。

  在浙江景宁抽水蓄能电站，国内首台超大直径反井钻机“中铁1361号”正进行排风竖井施工。从山脚“顶压向上”前行，“中铁1361号”通过创新采用“一扩成井”工艺，可实现直径7米、深度311米的井筒一次性开挖成型。

  “长期以来，盾构机大多数都用在交通基础设施建设。随着我们国家交通基础设施逐步完善，盾构机未来的市场在哪里？”中铁装备技术中心副主任贺飞坦言，这是企业一直在思考的问题。

  水利、水电、煤矿、非煤矿山、城市综合管廊、停车库……在中铁装备眼中，这些项目均是盾构机大展身手的场景。他们成立多个研发团队，开展针对性开发，让盾构机不但可以多方向开挖，而且具备圆形、方形、马蹄形、椭圆形等不一样的形状的开挖能力，拓展了盾构机的应用场景。

  每一款新挖掘方向盾构机的问世，都凝聚着一系列技术创新。就拿“永宁号”来说，其爬山模式借鉴了爬山虎的结构，50多名专家开展了历经数月的研究、设计、试验，最终决定为“永宁号”加装前后4组共8条“腿”、16个“脚”，助力其安全“爬上山顶”。

  再看“中铁1361号”，为实现盾构机“顶压向上”，研发团队对重载钻杆、钻杆一键自动化拆卸、多功能变频主驱动及智能化控制等方面展开针对性设计，做到大直径竖井一次反拉成井，设备安全、高效、可靠运行。

  15.4米！2024年1月，“领航号”盾构机下线，变成全球最大直径高铁泥水平衡盾构机。

  超16.6米！2024年10月，“江海号”盾构机下线，成为中国自主研制的超大直径盾构机。

  “算总账，大直径盾构隧道‘性价比’更高。”中铁十四局盾构专家陈健从两方面作了详细介绍——

  大直径隧道，可实现单管多线布设。以前，穿江越海隧道大多设计为单管单线的双管方案，即上下行分为双洞。随着盾构机直径升级，用单条超大直径隧道替代传统双管，可有效节约地下空间资源。

  大直径隧道，还可实现多功能集中布设。15米级及以上的盾构隧道，可构建地下立体空间，实现市政道路、轨道交通、综合管廊同管布设。这就避免了隧道的重复开挖，可降低建设、运营、维护等综合建造成本。

  我国水域广阔，江河纵横，各沿江沿海城市对跨越水域、联通两岸、畅通出行有着刚性需求。超大直径盾构机恰可满足建设需求。相比桥梁，超大直径盾构隧道在减少航道影响、保护沿岸生态、应对恶劣气候等方面有着非常明显优势。

  “盾构机直径超过15米后，随着开挖直径增大，不良地质可能会导致呈幂级增长的隧道灾难，给盾构机的结构强度、控制精度、材料疲劳等提出更高需求。”贺飞说。

  就拿推进系统来说，15米级以上盾构机，其承受的水土压力可达5巴以上，因此就需要30组以上液压千斤顶同时“发力”，才能推动盾构机前行，而6米级盾构机仅需16组。千斤顶数量越多，同步控制难度越大，但对盾构机而言，推进系统任何微小的不同步，都可能会导致盾体“卡壳”或轴线偏移。

  此外，类似刀盘驱动轴承等关键核心部件，都需要采用新材料、新结构、新设计，才能满足应用需求。贺飞表示，对15米级以上超大直径盾构机，直径每增加1米，都会对盾构机的结构设计、密封承压、出渣处理等提出新挑战，“每一次升级都绝非易事”。

  攻克技术难点，成果接踵而至。2017年10月，我国首台具有自主知识产权的15米级超大直径泥水平衡盾构机“中铁306号”成功下线，首次打破国外对大直径盾构机的垄断。

  此后，从开挖直径15.8米的“春风号”到直径16.07米的“京华号”，再到直径超16.6米的“江海号”，国产超大直径盾构机实现了从“跟随”到“引领”的跃变。

  “目前，我国已在超大直径盾构机的研制和应用领域实现新跨越，形成了超大直径盾构机全产业链能力。”贺飞说。

  目前，我国国产盾构机已占据全球市场近七成份额。中国工程师正努力让盾构机更智能、更绿色。

  走进“领航号”盾构机驾驶室，屏幕上跳动的各项数据，实时反馈当前设备掘进状态，盾构机长只监测、不操作。这是因为研发团队为“领航号”这个“金刚钻”装上了“千里眼”和“智慧脑”。

  “传统盾构施工就像盲人走路，由于无法100%了解周围地质情况，施工全套工艺流程中安全风险较高。”中铁装备“领航号”盾构机主设计师廖兆锦说。为此，“领航号”搭载超前地质预报系统，可对刀盘前方10米到40米的地质条件进行精准探测，智能感知系统也可对地质条件进行实时分析，保证盾构正常掘进。

  “智慧脑”则让“领航号”拥有了智能分析和自主判断的能力。在长达14.25千米的隧道里，它可以不借助任何“帮手”即完成独头掘进，实现了“有人值守、无人操作”状态下毫米级的掘进精度。“有了智能系统助力，施工效率和质量提高了，我们还能实时监测设备正常运行状态及工程潜在风险，确保工程平稳推进。”中铁隧道局崇太长江隧道项目副总工程师傅博伟说。

  2024年7月23日，世界首台绿色盾构机“中铁1237号”顺利始发，开挖直径为9.16米、设备长度约135米、总重达1900吨。

  何为绿色盾构？“我们为盾构机搭载了智能系统，通过对盾构掘进过程中各系统的自动智能管理，自主达到掘进效率和能源消耗的最佳匹配，实现绿色节能。”“中铁1237号”主设计师曹书磊说。

  此外，该盾构机还采用了节能智造工艺和先进除尘技术，可减少粉尘排放；搭载连续掘进、快速换模等技术，可使得掘进效率大幅度的提高，节能减排效果显著。

  目前，“中铁1237号”已出口意大利，用于意大利西西里岛高速铁路隧道建设，代表着国际市场对中国绿色盾构的认可。

  穿山海、畅通途；“啃”岩石、钻山体；遁地行，拓空间……“下一步，我们将在更大掘进直径、更快掘进速度、更深掘进深度和更复杂工况上持续发力，推动盾构机研发向智能化、绿色化迈进，不断攀登盾构机技术制高点。”中国中铁党委书记、董事长陈文健表示。（本报记者 李心萍）

  六方金刚石的形成条件极为苛刻，人工合成最大难点在于高温度高压力下六方金刚石的形成能量高于普通金刚石，因此高温度高压力产物常以普通金刚石为主，而难以得到六方金刚石。

  当机器人不再只限于执行预设操作，而是能够具备自主思考和判断，具身智能或许将会很快在更多的社会生活场景中投入应用，为人类的未来社会开创更多可能性。

  当前，高校应以人民为中心办好让人民满意的教育，奋力构建以AI为支撑的人才自主培养新生态，为中国式现代化培养出更多高质量人才。

  “我们使用导航软件时，经常用到的信号灯倒计时读秒功能，正是基于北斗高精度定位‘透传’的实时位置服务数据实现的。“北斗+人形机器人”“北斗+农机”“北斗+打桩机”……北斗系统持续赋能千行百业，在多个领域实现深度应用与创新突破。

  7月30日15时49分，在海南商业航天发射场，长征八号甲运载火箭（以下简称“长八甲火箭”）托举卫星互联网低轨06组卫星直冲云霄，将其精准送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。

  科技浪潮下，侨界青年索华也带来创业项目——基于燃气低碳催化的粉末喷涂线研发和产业化，顺应新能源与“双碳”目标趋势。

  中国国土南北跨越纬度近50度、东西跨经度60多度，带来气候多样性，适宜不同品种的蔬菜、水果生长。答：“十四五”以来，在消费升级与供应链创新的双重作用下，我国果蔬产业发生着诸多变化。

  面对激荡的国际竞争局势与高水平发展的迫切需求，唯有主动拥抱变革，让人工智能科学技术创新的“源头活水”充分浇灌产业创新的“广阔田野”，方能赢得战略主动、制胜未来。

  前不久，甘肃皋兰什川古梨园系统、浙江德清淡水珍珠复合养殖系统和福建福鼎白茶文化系统正式被联合国粮农组织认定为全球重要农业文化遗产。至此，我国的全球重要农业文化遗产数量增至25项，继续领跑全球。

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