一提到盾构机,可能大家对它有点陌生,它是穿梭在地下的“钢铁巨龙”,盾构机不仅是基建的根基,更国家实力的象征。
而盾构机的掘进速度是衡量国家实力的有力标准,目前国际上比较牛的德国盾构机每小时能挖6米,美国排在后面每小时能挖3.6米,那么作为基建狂魔的中国,速度又是如何呢?
上世纪90年代的时候我国还没有盾构机,咱们隧道施工的技术手段非常落后,只能通过最原始的人工挖掘,速度慢效率低就不说,挖的过程还隔三岔五出现塌方的事故。
国家虽然想要发展盾构机技术,但西方把盾构机核心技术握在手里不肯外漏,为了发展隧道建设,只能从别的国家手里买盾构机。
最让人难受的是,西方还拒绝把盾构机的技术转交给我们,盾构机施工过程中要是有故障了,还得请别国的工程师来维修。
这种被人“卡着脖子”的感觉,让我们意识到研发盾构机迫在眉睫。
虽然研制过程异常艰难,但国家863系列盾构机研制计划还是如火如荼的展开了。
世界各地的科研人员都陆续加入这个计划,无数科研人员夜以继日的分析数据,遇到难题就立马求助专家,终于我国在2008年迎来了第一台自主研制的盾构机——“中铁一号”。
盾构机的原理
盾构机通俗说就是一种挖隧道的机器,盾构机的施工方法是盾构法,挖掘机在挖隧道的时候,铺设大量的支撑性管片,这个管片被称为隧道的“盾”。
在世界各国之中,除了松软的地标之外,广义盾构机还能在坚硬的岩石地层工作,但我国把盾构机区分为两种,岩石层这种较难挖掘的用TBM,地表松软好挖的用盾构机。
盾构机是一个巨大的圆柱体,就像是一个巨型虫子,不断往土里钻的同时把挡路的土壤挖出来,最后形成一个隧道。
在盾构机所有组成零件中,最重要的是外面的“保护壳”,在挖隧道的过程中,很容易出现隧道坍塌或者土块倒塌等危险,这时候盾构机最外层的壳子就成了保护机器的“盾”。
像现在我们出门坐的地铁建设,都是盾构机这个“钢铁巨龙”的功劳,那么长的隧道都是靠着盾构机一点一点挖出来的,那么,这么牛的机器,到底是谁寻思出来的呢?
在19世纪,一个叫布鲁诺尔的人,闲着没事就爱研究在别人看来稀奇古怪的东西,有一天他发现自家的木船被船蛆啃得不成样子。
这引发了他的好奇,船蛆是个软体动物,它啃木头往船里钻的时候,难道不会被木头划伤吗?
于是布鲁诺尔每天就钻到实验室研究船蛆的工作原理。
布鲁诺尔从船蛆钻船的行为上受到启发,很快就投入实践,在失败了无数次之后,终于在1825年搞出了一台盾构机。
布鲁诺尔的这个盾构机当时还投入了建设试用,当年就开始在伦敦泰晤士河底挖上了水下隧道。
但这台盾构机结构体系并不成熟,挖的速度简直比“蚂蚁爬”的还慢,就算昼夜不停的挖,一周最多也就前进个几米,耗时十几年,泰晤士河底隧道才挖通建成。
虽然这个盾构机效率不高,但这一机器的出现,直接让挖掘机挖隧道的技术,进入了一个新的次元。
时代变迁,城市隧道开始在交通中占据重要位置,而盾构机作为挖隧道不可或缺的“大功臣”,也在不断升级更新。
美国德国也在盾构机上下足了心思,那么中国和这两个大国相比,谁技高一筹呢?
德国
6米每小时的掘进速度
随着技术的不断发展进步,德国和日本两个国家,快速在盾构机领域崛起,尤其是素来以严谨著称的德国,他们把“精益求精”的理念严格执行在盾构机领域。
人家的制造业在国际上可是出了名的牛,千锤百炼的技术外加经济的支撑,德国制出的盾构机不仅挖隧道的速度快,更是在用时短的同时还保障了隧道工程的质量。
另外德国在盾构机上非常舍得砸钱。
盾构机每一个零件和重要组件,用的都是价格昂贵的精品材料,研制出的盾构机不仅外形大气,连内部组件也十分硬核。
最“变态 ”的是,德国人对盾构机的精度严格控制在毫米以内,这么跟你说吧,人家德国盾构机在岩石中挖出来的隧道,表面平整度估计比你家地板砖都平。
德国的盾构机制造工艺稳居世界第二,就连美国来了都得靠边。
美国
每小时3.6米。
美国前些年各种生产技术手段都非常先进,所以盾构机刚进到美国的时候,瞬间就掀起了热潮。
有了技术和专业生产人员做支撑,美国没用多长时间就把盾构机研究明白了,并且结合本国的基建国情,迅速给盾构机升级更新,很快就搞出了名堂。
美国作为经济体大国,每年投入到盾构机上的钱多到数不清,制作的盾构机挖掘范围越来越大,还搞到了不少专利。
但美国的发展速度远不如德国,这和美国的地形也有很大关系,美国的地方大且以平原为主,对隧道的需求量并不大,因此美国在盾构机这方面的研制比较“佛”。
中国
2008年以前,以德国为首的西方国家,盾构机挖掘的速度以及精度都让其他国家望尘莫及,
我国基础建设的需求量在进入2000年后激增,尤其是对地交通的开发,更是来到了重要的转折点。
但是由于我国缺乏盾构机技术,西方又把盾构机核心技术握在手里不肯外漏,导致我国基建长期处于一个“有心无力”的情况。
基建是国家发展的重要部分,我国为了加速发展,只能去买其他国家的盾构机。
日本和德国的盾构机是国际上比较先进的,我们虽然也想进口使用,但一台机器就要5000万,而我国基建工程量巨大,全都依靠进口是不可能的,经济根本跟不上。
在这样的背景下,我国国内企业决定自主研发盾构机,虽然过程异常艰难,但国家863系列盾构机研制计划还是如火如荼的展开了。
世界各地的科研人员都陆续加入这个计划,终于功夫不负有心人,我国在2008年迎来了第一台自主研制的盾构机——“中铁一号”。
它不仅打破了西方对盾构机核心技术的垄断,更是在速度上远超美国等国家,更值得一提的是,国产盾构机的价格还不到5000万人民币,一台机器价格大约在2500-5000万之间。
托盾构机的福,我国地铁等各种城市交通也得以快速发展,更重要的是“物美价廉”的中国制造很快就迎来了广阔的国际市场。
中国盾构机挑战极限——打通“世界屋脊”
尼泊尔和我国中间还隔了一个印度,当时咱们也没想到,这个小国竟然会向我国递出“修建铁路”的邀请。
这个国家四面环山,和其他国家的贸易往来都被高山阻挡了,尤其是受印度的经济制约更是严重。
尼泊尔每年的财政收益只有300亿,这条中尼铁路一旦打通,不仅可以吸引中国的游客到尼泊尔游玩,还能破除印度对尼泊尔的贸易制约。
但中尼铁路还隔着一座巨山——喜马拉雅山,于是这个国家毅然掏出100亿,支持中国打通喜马拉雅山,为尼泊尔的经济发展赢取一线生机。
中国也很快和尼泊尔签订中尼铁路条约,但要想修建铁路,就要挖通有世界屋脊之称的喜马拉雅山脉,这项工程不仅要克服极寒的恶劣天气,还要面临缺氧的问题。
在这种地方施工别提有多艰难了,而能完成这项艰巨任务的是,是一台重达4000吨的盾构机——京华号。
锋利的刀盘能轻松打碎冻土层和各种岩石,这是很多外国盾构机无法做到的,一旦喜马拉雅山脉被挖穿,这将是中国盾构机一张“镀金”的名片。
各国基建的道路还很长,未来究竟发展成什么样子谁也无法预测,我们能做的就是不断创新,为中国基建的发展努力奉献。
本文信源来自:
新浪.财经头条.大国重器盾构机有多强?拦腰打通喜马拉雅山,世界最高铁路也能造
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