盾構(gòu)機(jī)前盾、中盾、后盾及設(shè)備橋工作原理模型

　　目前，我省有國家重點實驗室14家。長期以來，這些實驗室因其專業(yè)性、相對封閉性往往不為太多人知道，但他們的科研成果卻是所在領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的驅(qū)動力，國家重點實驗室雖然是個高大上的所在，但工作在這里的每個人，卻也普普通通。他們的辛勤工作，需要更多人知道。今天，東方今報“發(fā)現(xiàn)河南創(chuàng)新力”開篇，帶您走進(jìn)我省第一個建成并投入使用的國家重點實驗室——盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室。

　　我們的城市在建的地鐵及很多工程都需要隧道施工，這離不開有“工程機(jī)械之王”“移動式掘進(jìn)工廠”之稱的盾構(gòu)機(jī)（又名隧道掘進(jìn)機(jī)）。這些被專業(yè)人士稱為“土撥鼠”的盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)，都離不開位于鄭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道上，依托中鐵隧道集團(tuán)有限公司建設(shè)的盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室的技術(shù)支持。

　　國字頭的重點實驗室有多牛

　　如果不真正走進(jìn)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室（以下簡稱盾構(gòu)實驗室）的話，這個坐落在鄭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道99號的地方，和一般工廠看起來沒有什么區(qū)別。主要研究刀盤刀具、系統(tǒng)集成與控制技術(shù)、盾構(gòu)施工控制技術(shù)，有幾十個固定研發(fā)人員生活工作的普普通通辦公樓、實驗廠房，正是中國研究“工程機(jī)械之王”“移動式掘進(jìn)工廠”盾構(gòu)機(jī)及掘進(jìn)技術(shù)的核心之地。

　　這個國字頭的重點實驗室有多牛？給你看一組數(shù)據(jù)你就知道了，截至目前，這里共承擔(dān)科研項目52項，共有35項科研成果獲得科技成果獎勵。

　　實驗室研究的是動輒售價幾千萬的盾構(gòu)機(jī)，他們的研究成果，讓“洋盾構(gòu)”控制中國市場的局面已成歷史，讓曾經(jīng)售價6000多萬的“洋盾構(gòu)”，被迫跟隨國產(chǎn)盾構(gòu)大幅度降價。

　　這里如今每天進(jìn)行的是盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件的研發(fā)，比如盾構(gòu)機(jī)刀具數(shù)字化設(shè)計、自動化系統(tǒng)控制，還有就是基于大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的智能掘進(jìn)基礎(chǔ)理論方面的研究，并聯(lián)合山東大學(xué)、武漢大學(xué)、天津大學(xué)和浙江大學(xué)，做了相關(guān)科學(xué)問題研究，研究成果入選了中國中鐵新技術(shù)推廣項目名錄。

　　實驗室都在攻克哪些難題

　　盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)使用起來非常方便，但研發(fā)生產(chǎn)卻是個實打?qū)嵉募夹g(shù)活。比如土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)，盾構(gòu)機(jī)在不同壓力下作業(yè)時的土壓力平衡非常重要，盾構(gòu)技術(shù)實驗室黨工委書記、執(zhí)行主任、教授級高級工程師陳饋告訴東方今報記者，施工過程中土壓力大了會對地面產(chǎn)生影響，比如地面凸起，但如果土壓力小了，四周的土就會往隧道流，會發(fā)生塌陷。這就像做豆腐時放水一定要把握到位，水放多了做成了豆花，水放少了就成了豆渣。

　　除了土壓平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)實驗室還突破了泥水盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，以及盾構(gòu)施工過程中的失穩(wěn)、失效、失準(zhǔn)等世界難題，據(jù)了解，盾構(gòu)實驗室根據(jù)中國隧道集團(tuán)掌握的全國地質(zhì)大數(shù)據(jù)，可以將盾構(gòu)施工過程中的失準(zhǔn)誤差控制在正負(fù)2厘米以內(nèi)。而國外世界第一盾構(gòu)公司的盾構(gòu)施工，曾經(jīng)誤差達(dá)到過兩米，隧道報廢的都有。

　　另外是實驗平臺取得突破，研制出多臺有自主知識產(chǎn)權(quán)的儀器設(shè)備，部分達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　“在同一個城市，國外的盾構(gòu)競爭力已遠(yuǎn)不如從前。” 陳饋說，比如在成都地鐵競標(biāo)過程中，我們就競爭過了德國海瑞克世界第一的盾構(gòu)。他們的盾構(gòu)機(jī)滾刀，掘進(jìn)80米就要更換，我們的盾構(gòu)能跑500米不換刀，“因為我們對國內(nèi)的地理環(huán)境比他們熟悉，知道什么樣的地質(zhì)用什么樣的刀比較合適。”

　　其實，不光在地鐵施工建設(shè)時使用盾構(gòu)機(jī)這種高大上的物件，過街隧道施工也經(jīng)常使用。2014年，鄭州中州大道與紅專路交會處的紅專路下穿中州大道的隧道工程施工時，地下大施工，地面交通基本暢通，這全歸功于“盾構(gòu)機(jī)”。這背后還隱藏著一個世界之最——當(dāng)時世界上掘進(jìn)斷面最大的矩形盾構(gòu)機(jī)（頂管機(jī)）。這和盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室有著密切的聯(lián)系。

　　實驗室每年

　　為國家省數(shù)十億美元

　　說起盾構(gòu)施工法的靈感，最早對其研究的是法國工程師M.I.布律內(nèi)爾。他在一次乘船過程中，發(fā)現(xiàn)在船木中鉆洞的蛀蟲很厲害，在鉆洞后，會從體內(nèi)排出一種黏液加固洞穴。受此啟發(fā)，他在1818年開始研究盾構(gòu)法施工，并于1825年在英國倫敦泰晤士河下，用一個矩形盾構(gòu)建造了世界上第一條水底隧道。后來，加入盾構(gòu)研究的國家越來越多，盾構(gòu)法關(guān)鍵技術(shù)也長期被德國、美國、加拿大、法國等西方國家壟斷。

　　新中國成立以來，我國的隧道施工技術(shù)可以分為四個階段。20世紀(jì)50年代，人工鋼釬大錘打眼放炮，手推斗車運(yùn)輸；70年代主要是風(fēng)鉆打眼，軌道翻斗車運(yùn)輸；80年代主要采用新奧法原理，鑿巖臺車、裝載機(jī)和襯砌模板臺車形成大型機(jī)械化配套作業(yè)；90年代才開始采用全新盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，實現(xiàn)工廠化作業(yè)。

　　2008年，中鐵隧道集團(tuán)公司總工程師、盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室主任洪開榮帶領(lǐng)他的團(tuán)隊打破了西方盾構(gòu)技術(shù)的壟斷地位。

　　如今，中國中鐵盾構(gòu)占據(jù)了國內(nèi)市場半壁江山，并廣泛應(yīng)用于地鐵市政、水利水電、共同管溝等領(lǐng)域和穿江越洋工程，每年為國家節(jié)約外匯數(shù)十億美元。同時也受到國際市場的青睞，已出口馬來西亞、新加坡、埃塞俄比亞等多個國家。（記者 章衡/文 張曉冬/圖）