浙大盾构自主设计制造关键技术团队创新纪实

2013/01/28 09:34中国科学报

向着“中国设计中国造” 掘进

20多年前,一种叫“盾构”的大型掘进机械装备开始进入中国,改变了手镐、钢钎、炸药、小火车运土等传统的隧道施工方法。

无论是在山间、水底,还是在城市地下,“盾构”就像一辆在黑暗中开路的“火车”,削吞土石,缓缓吐送到身后的传送带上。同时,一块块拱型预制件被转举到需要的位置,拼接成坚固的隧道拱圈,隧道掘进、排土、衬砌一次成型。

然而,一台进口的普通盾构机价格是上亿元人民币,且维修费用惊人。好在如今,这种“洋盾构”一统天下、隧道施工受制于人的局面终于得到改变。浙江大学与国内多家龙头企业进行了长期稳定的产学研合作,经过持续12年的盾构关键技术攻关,不仅实现了盾构的“中国设计、中国制造”,还实现了与“德国制造”、“日本制造”、“美国制造”的平等国际竞争。

近日,这项由浙江大学领衔的高校和企业联合的“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”科研团队,摘取了2012年度国家科学技术进步奖一等奖。

组建盾构“国家队”

上世纪90年代,中国的城市地铁建设率先在北京、上海、广州等地铺开,地铁隧道掘进的工地里,被“洋盾构”赚取着高额的利润。

浙大机电所的学者们认识盾构,是从诊治“水土不服”的洋盾构开始的。1995年,国家“九五”重点工程――西安安康铁路咽喉工程秦岭隧道上马。施工方中铁隧道从德国进口了一台掘进机。然而当秦岭隧道将要完工的时候,机器坏了!德国厂家说要换液压装置,新装置两年后才能到。中铁只好把求救电话打到浙大机电所。

从此,随着中国进口的“洋盾构”越来越多,浙江大学机电控制工程研究所的杨华勇和魏建华两位教授就成了盾构的临时“急诊医生”。他们在“治病”的过程中发现,盾构中很多问题需要研究,于是开始申请国家自然科学基金的面上和杰出青年基金项目。2002年,国家“863”计划机器人主题启动了对盾构项目的支持。

杨华勇主持召开了多次跨地域的全国性技术论证会,收集、汇总、分析来自国内外隧道施工现场和设计制造生产第一线的难题,最终凝练出盾构技术的攻关目标:首先是安全问题,国内外隧道掘进工程时常发生地面塌陷事故;其次是掘进工效问题,盾构施工经常发生装备关键部件失效,影响掘进效率;三是导向精度问题,盾构掘进方向跑偏,影响隧道质量。这三大问题是长期困扰行业的国际难题。

浙大参与盾构的科研团队也逐渐从杨华勇和魏建华两人增加到4位教授、两位副教授和多位研究生,杨华勇牵头负责,魏建华负责驱动系统,陈大军负责电控系统,龚国芳负责实验平台……

责任编辑:Alley

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铁建重工成立于2007年,隶属于央企中国铁建股份有限公司(2014年世界五百强名列第80位),是集高端地下装备和轨道装备研究、设计、制造、服务于一体的专业化企业,在湖南长沙、株洲、四川隆昌和甘肃兰州等地建立了多个制造基地,在长沙、北京、兰州等地建立了11个研究院,是国家认定的重点高新技术企业和国家级两化融合示范企业。  集团下设“四总部、两中心”(掘进机事业总部、特种装备事业总部、轨道设备事业总部、海外事业总部、技术中心、制造供应中心)以及两个全资控股子公司中铁隆昌铁路器材有限公司和株洲中铁电气物资有限公司。  铁建重工始终瞄准“世界一流、国内领先”的目标,坚持“科技创新时空,服务引领未来”的理念,走创新型、哑铃型和服务型道路,积极发挥建筑施工行业优势,充分利用中国铁建长期积累的施工技术与施工经验,通过“原始创新、集成创新、协同创新和持续创新”的自主创新模式,加强“产、学、研、用”的结合,掌握了多项具有世界领先水平和自主知识产权的核心技术,打造了掘进机装备、特种施工装备、轨道设备三大专业板块产品格局。近年来,中国铁建重工集团先后承担和参与国家、省部级重大科技计划40余项,研制出地下工程装备和轨道设备新产品300余项。组建了国家级企业技术中心、地下掘进装备工程技术研究中心、水下隧道工程实验室、博士后工作站、院士工作站等多个高端科技创新平台。  自主研制的具有完全自主知识产权的隧道盾构/TBM,广泛使用在长沙、北京、西安、武汉、广州、苏州、南京等城市地铁工程和铁路、煤矿工程,目前国内市场占有率排名前列;自主研制出国内首台大直径硬岩隧道掘进机(TBM)和矿山法隧道机械,填补国内地下工程装备空白;创新开拓了盾构在煤矿领域的应用,研制出煤矿斜井TBM,填补世界空白;研发出预切槽隧道施工成套装备,全面提升传统隧道矿山法施工技术;研制出具备自主知识产权的链刀式连续墙设备,较好满足了深基坑支护的水泥土搅拌桩墙“深、快、强”的需要;研制出掘锚同步的护盾式连续掘锚机,实现煤巷快速掘锚;建设了国际先进的轨道系列设备生产线,道岔系列产品占据国内市场份额的三分之一,创造了国内高铁最高运营时速的最好舒适度水平;闸瓦和弹条扣件产品不仅在国内市场优势明显还远销海外。  近年来,集团公司被中央确定为“制造业向制造服务业成功转型”的先进典型企业,先后荣获“国家重大技术装备首台(套)示范单位”、“全国建筑施工机械和掘进机械行业标准起草单位”、“国家863计划成果产业化基地”、“中国工程机械制造商50强企业”、“中国轨道交通创新力TOP50企业”、“中国工程机械最具成长力企业”、“全国企业文化建设百佳单位”、“中央企业思想政治工作先进单位”等称号,快速打造了中国地下工程和轨道交通行业最具影响力的自主创新品牌,正在向全球最好的轨道交通及隧道装备制造企业集团目标迈进。
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