黨的二十屆四中全會提出，“十五五”時期要加快高水平科技自立自強，引領發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，搶占科技發(fā)展制高點。研制“大國重器”無疑是搶占科技發(fā)展制高點的關鍵之舉。在“十四五”時期，我國研制的“大國重器”不斷“攀”高，站上了一個又一個創(chuàng)新制高點。天上，有“嫦娥六號”實現(xiàn)全球第一次月球背面無人采樣返回，有第一座中國空間站“天宮”；地下，有全球領先的超大直徑盾構(gòu)機正在掘進。從今天開始，《焦點訪談》推出系列節(jié)目：大國重器再攀高。我國自主研制的最大直徑盾構(gòu)機“江海號”和“滄淵號”，在施工現(xiàn)場它們是超過五層樓高、重量超過5000噸的“鋼鐵巨龍”。
位于江蘇省長江入海口區(qū)域的海太長江隧道施工現(xiàn)場，進入地下幾十米，穿過長長的已經(jīng)拼砌好管片內(nèi)壁的隧道，我們從“江海號”盾構(gòu)機的尾部進入“江海號”的內(nèi)部。
150米長的“江海號”內(nèi)部高度超過5層樓，從尾部向前，首先是100多米的后配套系統(tǒng)，主要包括控制、出渣、注漿、電氣、液壓、導向、物料運輸?shù)榷鄠€復雜系統(tǒng)。后配套系統(tǒng)的前面，就是“江海號”的主機核心部分，主要包括推進、管片拼裝、驅(qū)動及刀盤開挖系統(tǒng)。
“江海號”盾構(gòu)機由中鐵十四局和中國鐵建重工集團聯(lián)合打造，最大開挖直徑達16.64米，專門為海太長江隧道項目定制。海太長江隧道連接江蘇省南通海門區(qū)和蘇州太倉市，過江隧道長11.185公里，其中盾構(gòu)隧道段長9315米，是“十四五”期間國家重點建設的過江通道，也是目前世界最長公路水下盾構(gòu)隧道和第一條設計時速100公里的過江隧道。建成后，過江通行時間將由目前的1小時壓縮到10分鐘。
中鐵十四局大盾構(gòu)專家 陳健：它采用的是雙向六車道，采用高速公路的設計標準，設計速度是100公里每小時，所以它比城市干道或者其他過江通道建設標準更高，速度更快，隧道斷面也達到了16米。隧道采用盾構(gòu)法施工，要實現(xiàn)一邊掘進，一邊要進行襯砌安裝，所以隧道的開挖直徑要大于16米64。
盾構(gòu)機全稱全斷面隧道掘進機，是遁地鉆山、穿江越海的利器，被稱為“工程機械之王”，是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志。盾構(gòu)機系統(tǒng)復雜、技術精密，它的工作原理是通過刀盤旋轉(zhuǎn)，切削隧道工作面的巖土層，一邊開挖一邊拼裝隧道支撐管壁，最后在地底下形成一條成型隧道。
“江海號”最大開挖直徑達16.64米，盾構(gòu)機直徑越大，研制難度也呈指數(shù)級增長。
中國鐵建重工集團掘進機事業(yè)部副總經(jīng)理 張帥坤：直徑越大，裝配和制造精度要求反而更高，比如盾構(gòu)機核心部件主驅(qū)動裝備的精度都是以絲級計算的，一絲就相當于頭發(fā)絲直徑的1/6。
不僅設備的制造裝配精度，還有設備的可靠性，對研制團隊也是極大的考驗。9315米，這是目前水下高速公路盾構(gòu)隧道的世界最長距離。這對盾構(gòu)機主軸承的可靠性是極大的考驗。被喻為盾構(gòu)機“心臟”的主軸承是盾構(gòu)機在掘進過程中幾乎不能更換的部件。它是盾構(gòu)機刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的關鍵核心部件，它帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)隧道挖掘。為了確保“江海號”能夠完成超過9公里的超長距離掘進任務，研制團隊為“江海號”裝配了直徑達8.6米的世界最大直徑整體式主軸承。
中國鐵建重工集團掘進機事業(yè)部副總經(jīng)理 張帥坤：通過計算7.6米的主軸承可以滿足我們負載需求了，但是我們最終選型設計的時候，選了8.6米的主軸承，這也是目前全世界應用到盾構(gòu)機領域的最大直徑整體式主軸承。我們主軸承壽命是按兩萬小時以上來設計的，因為這個工程實際需求不需要這么長時間，但是我們把它的富余系數(shù)提升到2倍以上。
“江海號”在掘進過程中，還要面臨一種危險挑戰(zhàn)，那就是超高水壓、超大埋深。海太長江隧道最大埋深是在長江水面之下75米，水壓超過7.5bar，相當于在一個指甲蓋這么大的面積上，就要承受7.5公斤的壓力。但“江海號”要掘進超過9公里，刀盤上的刀具不可避免會磨損，必須更換才能繼續(xù)工作。但在75米深的水壓下更換刀具，幾乎是一個不可能完成的任務。
中鐵十四局大盾構(gòu)專家 陳健：進行換刀，目前要采取壓縮空氣的方法施工，最高限度達到6bar，在6bar壓力下進行作業(yè)需要專業(yè)的潛水作業(yè)人員，也只能作業(yè)半個小時，超過7.5bar的作業(yè)時間會更短，減壓時間就會更長，幾乎不可作業(yè)。
為了攻克高壓換刀這個攔路虎，“江海號”研制團隊經(jīng)過兩年多的攻關，借鑒深海鉆井平臺高壓閘門的經(jīng)驗，創(chuàng)新研制成功常壓換刀技術，為每把可更換刀具加裝了一道高壓閘門。
“江海號”重達5000多噸，這樣的“鋼鐵巨龍”在江底下軟土層掘進，工程要求必須嚴格控制對地層的擾動，沉降必須控制在毫米級。就像在一塊淤泥里的豆腐上打孔，還得保證豆腐不散。與很多人的想象不同，操作這么精密復雜的龐然大物精準掘進，只需要兩名技術人員。
“江海號”作為國產(chǎn)最先進的盾構(gòu)機，還創(chuàng)新應用了主軸承全狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)、超前地質(zhì)預報系統(tǒng)、管片構(gòu)件智能拼裝機器人等幾十項新技術，它不僅是一臺自動化程度很高的智能盾構(gòu)機，也是一臺數(shù)字化的盾構(gòu)機。“江海號”幾十個系統(tǒng)裝配了成千上萬個傳感器，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)不僅匯聚在主控制室，也實時傳送到地面控制平臺。
在海太長江隧道，“江海號”負責右線隧道掘進，左線隧道由另外一臺同樣先進的國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機“滄淵號”負責掘進。“滄淵號”開挖直徑達16.66米，整機總長176米，總重量超過5650噸，由中交天和負責研制。
中交天和機械設備制造有限公司設計院副院長、總工程師 徐寅：這臺盾構(gòu)機可以說是大塊頭有大智慧，核心零部件以及智能化程度達到了國際領先水平，新技術目前運用了大概有20多項。
中交隧道局海太長江隧道項目機電總工程師 莫康康：為了保證施工的安全，“江海號”已經(jīng)率先始發(fā)，“滄淵號”緊隨其后。接下來的三年，面對超長距離的掘進施工任務，我們將精心組織，精益求精，全神貫注，保證海太隧道施工的貫通。
兩臺代表世界領先水平的國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機同時掘進的場景，這在二十年前是不敢想象的。那時的中國市場，洋品牌盾構(gòu)機掘進機絕對占據(jù)主導地位。
中國鐵建重工集團掘進機事業(yè)部副總經(jīng)理 張帥坤：以前我們使用國外進口品牌的設備，即使一個微小的故障出現(xiàn)也要等國外專家過來，配件要從國外發(fā)過來，有時候要等好幾個月，這就對我們工程施工造成比較大的制約。
關鍵技術不能受制于人。經(jīng)過二十年的不斷自主創(chuàng)新，國產(chǎn)盾構(gòu)機從無到有、從有到優(yōu)，終于實現(xiàn)趕超領跑。目前中國盾構(gòu)機全球占有率已經(jīng)達到了70%，產(chǎn)品遠銷五大洲40多個國家和地區(qū)。特別是“十四五”時期，中國超大直徑盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，已經(jīng)形成全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的能力。行業(yè)內(nèi)一般把14米及以上直徑盾構(gòu)機稱作超大直徑盾構(gòu)機。
中國工程機械工業(yè)協(xié)會掘進機械分會會長、中交天和機械設備制造有限公司黨委書記、董事長 張英明：這一時期國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機的研制與應用呈現(xiàn)出數(shù)量快速增長、技術迭代加速、應用場景深化的鮮明特點。中國盾構(gòu)機智能化水平實現(xiàn)飛速發(fā)展，應用場景從地鐵、公路隧道向穿江越海通道、深層地下空間發(fā)展，能源通道等更多領域延伸。盾構(gòu)機掘進方向不只有水平掘進，也開始向斜向豎向甚至拐彎掘進，像中交天和研制的“首創(chuàng)號”超大直徑硬巖豎向掘進機，今年6月在天山勝利隧道工程中成功貫通世界最深高速公路豎井，解決了特長隧道通風的這一難題。
只有不斷創(chuàng)新才能領跑。位于湖南長沙的中國鐵建重工是“江海號”盾構(gòu)機的誕生地，中國幾乎一半的盾構(gòu)機都在這里研發(fā)制造。這里的科研人員依托過去上千臺盾構(gòu)機掘進機研發(fā)制造和施工作業(yè)的海量數(shù)據(jù)積累，正在研發(fā)最新的盾構(gòu)機數(shù)字孿生大模型技術。
大國不能沒有盾構(gòu)機這樣的國之重器，但大國重器的關鍵核心技術買不來，要不來，必須靠我們自主創(chuàng)新。中國盾構(gòu)機從跟跑到領跑的歷程告訴我們，只有國家的綜合實力、科技實力不斷提升，產(chǎn)業(yè)鏈不斷發(fā)展完善，我們才能研制出世界領先的大國重器。接下來的“十五五”時期，我們中國的盾構(gòu)機將會朝著更大的開挖直徑、更快的掘進速度、更深的掘進深度、更多的應用化場景等方面持續(xù)發(fā)力，變得更高端，更智能，更綠色，在技術領域持續(xù)實現(xiàn)世界領跑，也助力更多超級工程的實現(xiàn)。(央視新聞客戶端)