细谈盾构机的研发历程

佳欣谈历史事件 2023-06-19 13:00:07

说起印度,那可真是个神奇的国家,干出来的事让多少人惊呼世界之大,无奇不有。什么议员买航母却被狂载30亿,号称宇宙第一强却有2亿饥民建个水坝,40年开闸两天级垮塌等等,几乎成了全球的笑话。就在这两年,印度从我国进口了八台盾构造机,信心满满的拒绝了中国工程师企图自己研究,结果发现他们连组装都不会。

究竟怎么回事?今天咱们就来讲讲讲这个问题。之前咱先来说说盾构机是什么,有什么作用?为何能让印度堂堂一个国家,却连最基础的组装都做不到?众所周知,我国是基建狂魔,各种击建技术让全球都叹为观止,而击建这种事,人力不能缺。各种机械设备更是不可或缺,盾构机就是其中一种,相较于其他设备,盾构机的功能更为重要,堪称世界工程机械之王,不管是公路、地铁还是铁路、水坝,基本都离不开这个机器。那么它是做什么用的呢?开山辟路,川河越海。

打个比喻来说,盾构机就像一条放大了千万倍的蚯蚓,前面吃土,后面传送排出,在这个过程中还不断的分泌粘液,以软化周围地质,降低前进难度。其实说白了,盾构机就是用来挖隧道的,是一种使用盾构法的隧道掘进机,想象蚯蚓钻土的样子,放大个若干杯,差不多就是盾构机挖隧道的方式了。

当然,用蚯蚓形容不太恰当,还是地下蛟龙更符合盾构机的气质,钻山越海,如一条蛟龙般钻出一条条隧道,建造出一个个工程奇迹。除此之外,还有人说它是钢铁穿山甲、水下航母,但不管哪个称呼,都足以说明盾构机的厉害程度。不过,如此厉害的盾构机挖起隧道来同样不容易,很多时候一分钟只能往前推进几厘米,不仔细看的话,根本看不出机器有往前挪动。机械化时代了,为啥进度还这么慢?因为挖隧道的时候不光会遇到比较好挖的土层,还更容易遇上坚硬的岩层,那硬度铁锹都不一定能敲下一小块,所以在过去盾构机没出现的时候,凿碎到不光速度慢,还是件特别危险的事。

最典型的,用钻头或钢钎在岩石上打孔,然后把炸药雷管啥的塞进去,等人员撤离后再点燃引线。运气好的话,炸药如期爆发,施工队可以等硝烟散去后清理碎石,一点点掘进隧道。但要是炸药哑火了呢?这可不是偶然事件,而是经常发生的事。这种情况下该怎么办?不处理肯定不行,但让谁去排爆呢?这一去可能就无悔了,然而,即便如此,隧道该凿还是得凿,流血牺牲几乎是年年都会发生的事。

直到上世纪90年代,盾构机横空出世,我国隧道工程才变得不那么悲壮,然而,相较于其他国家,我国盾构机的发展着实是迟到了太久太久。其实早在新中国成立之初,我国就有用盾构机施工的记录,如东北复兴煤矿修建的输水航道、北京1957年的下水道工程都曾用盾构机施工弹盾构机的种类是很多的,分软岩、硬岩、泥水平衡、土压平衡、竖井、斜井、直面、曲线、圆形、异形等等,制造难度也各有不同。而我国当时使用的。盾构机功率小就不说了,功能还特别单一,远达不到开山绝路的程度。

国外的盾构机技术呢,早已领先发展了100年多年,在1825年,法国工程师布鲁诺尔就研制出了第一台盾构机。说起来,这种基建神器的诞生还颇具戏剧性。1798年,英国泰晤士和隧道工程开建,彼时还没有盾构机,哪怕工程师们想尽了办法,依旧没法修建好河底隧道,然而就这么让项目永远搁浅。那绝对不行。于是众位工程师是冥思苦想,怎么才能建好泰晤适合隧道?

1818年,布鲁诺尔突然爆发灵感,是不是可以依据这种软体虫子的特性,制造一种河底施工的设备呢?顾名思义,凿船被是一种会在船板上钻孔的软体生物,平时一边蠕动一边在船板上钻洞,钻洞的同时,它还会分泌一种粘液,起到抵抗潮湿、加固洞穴的作用。凿船被都能在水底船板上开洞穴,人类是不是也能建造出类似功能的机器?布鲁诺尔想到就做,先是提出盾构机原理,然后据此设计出开放性手掘盾构机。

到1825年,世界上第一台矩形盾构机诞生了,并被应用于泰晤士合隧道工程。别看出现的早,但这台盾构机设计的相当完善,基本具备了现代盾构机的所有要素,比如说金属圆柱形的机体、推动机体前进的千斤顶、支撑隧道的金属框架等等。当然,碍于科技背景,最初的盾构机是以人力为动力的,挖起隧道来十分困难。所以其他国家引入的并不多,直到1876年,使用压缩空气驱动的第二代盾构机诞生,这一基建神器才在全球广泛传播开来。

不过这个广泛传播主要指欧美等西方国家。而中国呢?盾构机出现的时候,正处于封建王朝,等大清覆灭,又是混乱不堪的民国,国内连最起码的和平都没有,又和谈搞基建,研究盾构机。就这样我国失去了研究盾构机的黄金时期,落后西方技术高达百年。所以当我们改革开放大搞基建的时候,仅在盾构机方面就被西方国家无数次卡脖子,那时候盾构机相关技术基本都被欧美日垄断,我国想用盾构机,那就必须从发达国家购买。你情我愿的事倒也没啥问题,偏偏发达国家将我们当肥羊,大宰特宰不说,还各种刁难,如1997年两台硬延决进机而已,德国就要了我们7亿商品溢价程度简直是不敢想象,贵就不说了,一旦机器出现故障,更是施工单位的噩梦。尤其是请国外专家维修的时候,效率低的不行,出场费高的下人不提故障,这些仅是维修人员的差旅费,一天就能达到2000至3000美元,而且还不保证一次修好。

一般情况下,这些国外专家得往返好几次,赚足了差旅费才能把盾构机完全修好,不说中间受多少气,这么一来,工程进度能不被耽误吗?除此之外,维修费用更是吓人,比如说1999年那次,一台盾构机仅是为抓牢管片就被收取了300万换修费用。偏偏不给还不行,因为外国厂商早已垄断了这方面的技术,想用盾购机,想加快工程进度,就只能老实掏钱。如此花钱还受气,我国自然不愿意干。那怎么办呢?自己研究自己造,靠自己实现盾构机自由。

于是在新世纪之初,863计划首次立项。正是在国家层面开展盾构技术的研究,推动此事的正式。钱伟长,一位为了国家七文学里的中科院院士。有了国家专项拨款,我国盾构机技术的研究就此进入正轨。然而,科学研究向来不容易,更何况还是这样一个肌腱神器。就说盾构机的刀头有着粉碎岩石的作用,当然这种粉碎并不是直接削,而是利用盾构机向前的推力和刀具旋转把岩石击碎,能有这样的挤压力,可想对刀头要求有多高。所以普通钢材根本不达标,只能使用合金钢,但哪种合金钢更适用,还是得不断试验。

因此,在立项之后的很长一段时间里,我国盾构机技术依旧没太大进展,不管是采取自主研发的方式,还是跟他国合作或者转型创新。都没能研究出让人眼前一亮的产品,跟国际上相比依旧差着一大截。所以在那些年里,我国使用的盾构机基本还是进口设备,直到2008年才发生了质的突破。

那一年一台崭新的复合土压平衡盾构机亮相中铁隧道集团盾构机不稀奇,稀奇的是它是国产盾构机,我国有部分自主知识产权,对我国来说,这还是第一次,标志着我们载盾构机领域载不是一片空白,但是对我国来说,这只是解决了从无到有的问题,距离追上发达国家还早的很呢。

至于原因,只能说这次研发成功具有比较大的偶然性。首先是研发基础,其实早在建国之初,我国就有盾构机方面的研究,只是国家要做。做的事太多,也就没在这上面太过重视。专门立项之后,研发团队是要资源有资源,要基金有基金,研发进度自是蹭蹭的往上涨。

但能在2008年研发成功,还有一个很大的原因,国外无法做到技术垄断了,毕竟生产盾构机需要大工厂,而且还是好多厂共同协作,你生产这个部件,我生产这个零件,最后一拼装就能出口了。但在2000年左右的时候,西方发生产业大转移,好多工厂都转到了亚洲,我国就是目的地之一,还借此成了世界工厂,而一些生产盾构机部件的工厂自然也在转移之列,甚至有些国外品牌奇盾构机生产线就在中国。

可以说,凭借当时的工业体系,我们完全能弄莱盾构机所有零部件,零件齐活了,我们岂不是搞好设计,组装一下就行了,难度是直线下降。正因为知道国产盾构机是怎么一回事,科研人员们丝毫不敢懈怠,开始持续发力,夜以继日的搞研究,终于在2015年交出了满意答卷。

那一年,我国第一台拥有完全自主知识产权的大直径盾构机在长沙正式下线。至此,国外长达百年的盾构技术垄断。才算彻底被打破。

之后的几年里,我国盾构机技术更是高歌猛进,不仅产品升级快,还能生产适应各种地质条件的大型盾构机,其名号在国际上都是响当当的。到这个时候,我国彻底实现盾构机自由,谱写了一部可歌可泣的盾构机逆袭篇章。

然而,我国靠自己上岸了,其他国家却还忍受着西方世界的盾构机垄断。谨慎考虑后,我国决定对外出售盾构机,而且还是以远低于国际的价格出售。当年我们从德国进口两台硬岩盾构机,对方要了我们7亿,如今我们自己会造了,直接出口价2亿。至于其他类型的盾构机,不管哪一种,最少都比国际价少两千万。这么一来,其他国家需要盾构机了,能不优先考虑我们吗?更何况,我国生产的盾构机价格最低,质量却不低,甚至称得上国际顶尖,不光能生产各种各样的盾构机,还能根据不同地质条件量身定制。

毕竟,全球占地面积最大、产品种类最多的掘进机研发制造企业就在中国长沙,是中国铁建重工集团,而且这家企业全靠自主研发,没引进任何一种国外相关技术,别以为自主研发的产品就没人买了,要知道,这家集团的盾构机可是全球市场占有率最高的。因为物美价廉,我国的掘进机是远销海内外,占据了全球2/3的市场,不光发展中国加买,就是法国、意大利等发达国家也买这部。

前几年的时候,印度就从我国先后进口了八台盾,购机本来挺好的,是结果印度一看中美交恶,非得为美国冲锋陷阵,不让中国专家去印度完成组装工作,结果印度不会组装,白白成了个笑话。其实印度购买之前想的挺美,中国都能靠自己制造盾构机,他们印度凭啥不能?买下中国的产品,仔细研究总能偷个师。关于这一点,我国还真不怕,毕竟研制盾构机可不是件容易事,想跟上时代发展就更不容易了,再加上核心技术已经申请了专利,才不怕印度买回去偷师,毕竟偷到了也不能用。

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