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掘爆機(jī)、盾構(gòu)機(jī)、新型智能焊接機(jī)器人……一條條隧道穿山越海，一個(gè)個(gè)“大國(guó)重器”持續(xù)上新擦亮“國(guó)家名片”，中國(guó)中鐵旗下的中鐵科工集團(tuán)在特種工程裝備領(lǐng)域正乘風(fēng)破浪、奮楫前行。
近日，中國(guó)證券報(bào)記者走進(jìn)位于武漢的中鐵科工，實(shí)地探訪武漢軌道交通12號(hào)線工程大盾構(gòu)機(jī)施工、世界首創(chuàng)的掘爆機(jī)試驗(yàn)以及焊接機(jī)器人作業(yè)演示，切身感受我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的硬核實(shí)力。
地下“基建蛟龍”
當(dāng)乘坐地鐵暢行在城市地下或駕駛汽車自由穿越于山海之間的時(shí)候，人們有沒(méi)有想過(guò)，這些長(zhǎng)長(zhǎng)的隧道是如何建成的？
記者日前在武漢地鐵12號(hào)線的施工現(xiàn)場(chǎng)找到了答案。
在地下50多米的武漢軌道交通12號(hào)線工程過(guò)江隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)“江城先鋒號(hào)”的刀盤正徐徐轉(zhuǎn)動(dòng)。“這是由中鐵科工和中鐵裝備共同研制的大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)，直徑達(dá)12.56米，相當(dāng)于四層樓高，是常規(guī)地鐵盾構(gòu)機(jī)斷面的4倍，整機(jī)重達(dá)2900噸，總長(zhǎng)約105米，是名副其實(shí)的‘基建蛟龍’。”中鐵科工黨委委員、總工程師盛寶安介紹。
這臺(tái)大盾構(gòu)機(jī)在武漢軌道交通12號(hào)線工程（江北段）土建1標(biāo)1工區(qū)施工，該區(qū)間由中鐵隧道局承建。其中，凌吳村站-國(guó)博中心南站區(qū)間采用單洞雙線大直徑泥水盾構(gòu)施工，隧道全長(zhǎng)3373.7米，距地面最大距離51.7米。
中鐵隧道局項(xiàng)目部王世強(qiáng)介紹，在該區(qū)間泥巖等高粘性地層總長(zhǎng)2.2千米，施工存在長(zhǎng)距離超高水壓環(huán)境掘進(jìn)、盾構(gòu)下穿建筑物地表沉降及結(jié)構(gòu)變形控制、高滲透地層大直徑盾構(gòu)始發(fā)接收等難題，施工難度高、挑戰(zhàn)大。為了解決上述難題，有關(guān)單位把這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的刀具創(chuàng)造性地改成羊角形狀。刀具優(yōu)化后，這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度提高到9.6米/天，是采用傳統(tǒng)刀具盾構(gòu)機(jī)的8倍。
研發(fā)掘爆機(jī)探索新方案
盾構(gòu)機(jī)刀具優(yōu)化，只是工程裝備創(chuàng)新的一個(gè)縮影。記者在武漢江夏區(qū)中國(guó)中鐵工業(yè)高端裝備制造基地看到，世界首創(chuàng)的掘爆機(jī)試驗(yàn)裝備已完成在空心刀盤掘進(jìn)、超前預(yù)裂處理后空心刀盤掘進(jìn)和全斷面刀盤掘進(jìn)三種工況下的掘進(jìn)試驗(yàn)。
“在超硬巖地質(zhì)條件下，經(jīng)過(guò)超前預(yù)裂處理，空心刀盤掘進(jìn)效率可提升30%，我國(guó)掘爆機(jī)將為世界長(zhǎng)大隧道建設(shè)提供新方案。”中鐵科工研發(fā)人員陳家樂(lè)說(shuō)。
掘爆機(jī)是隧道掘進(jìn)領(lǐng)域一項(xiàng)具有突破性和原創(chuàng)性的技術(shù)成果，將現(xiàn)代隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）與傳統(tǒng)鉆爆法的有效結(jié)合，具有多種掘進(jìn)模式，屬于高端化、智能化、綠色化的新一代掘進(jìn)機(jī)。掘爆機(jī)研制成功后將實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)領(lǐng)域新突破，尤其是在我國(guó)實(shí)施大規(guī)模設(shè)備更新的背景下具有重要意義。
目前，我國(guó)長(zhǎng)大隧道施工遭遇巖爆、破碎帶、軟巖大變形等復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)容易造成設(shè)備故障，帶來(lái)工期延誤。清華大學(xué)和中鐵科工聯(lián)合研制的掘爆機(jī)這一原創(chuàng)性高端裝備，有望打破當(dāng)前長(zhǎng)大隧道的施工困局。
陳家樂(lè)介紹，“掘進(jìn)機(jī)+鉆爆法”雙工法融合，提高了施工效率，實(shí)現(xiàn)智能化、綠色化施工，掘進(jìn)機(jī)與鉆爆法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，邊掘進(jìn)邊爆破，發(fā)揮出設(shè)備安全高效和鉆爆法施工靈活的特性。同時(shí)，掘進(jìn)機(jī)與鉆爆法融合實(shí)現(xiàn)了因巖制宜、多種搭配，在硬巖地層，特別是高巖爆、大變形等復(fù)雜地質(zhì)條件下還可超前釋放應(yīng)力。此外，在圍巖條件良好時(shí)，中心巖塊可生產(chǎn)骨料，實(shí)現(xiàn)就地取材再利用，降低工程投資，實(shí)現(xiàn)綠色建造。
“掘爆機(jī)具有廣泛應(yīng)用價(jià)值和推廣前景，有望應(yīng)用于大型水利水電、礦山工程以及公路、鐵路等建設(shè)領(lǐng)域，為‘大國(guó)重器’再添新成員。”中國(guó)中鐵高級(jí)專家李建斌說(shuō)。
智能焊接機(jī)器人上崗
步履不停，創(chuàng)新不止。中鐵科工一系列新產(chǎn)品的問(wèn)世，不斷刷新著紀(jì)錄。
在中國(guó)中鐵工業(yè)高端裝備制造基地，戴上防護(hù)鏡的記者在現(xiàn)場(chǎng)近距離觀察機(jī)器人實(shí)施的焊接作業(yè)：由中鐵科工研制的國(guó)內(nèi)新型智能焊接機(jī)器人正在對(duì)一塊鋼板進(jìn)行精準(zhǔn)焊接，隨著耀眼焊花迸射，一個(gè)焊接點(diǎn)僅需幾秒便可完成。
“以前焊接只能人工操作，現(xiàn)在換成機(jī)器人，可大幅提高施工效率，降低制造成本。”中鐵科工研發(fā)人員楊樂(lè)介紹，這款智能機(jī)器人目前已成功運(yùn)用到正在建設(shè)的澳凼大橋、牂牁江大橋等施工現(xiàn)場(chǎng)，每天平均工作時(shí)間超過(guò)8小時(shí)，單臺(tái)設(shè)備可減少3名工人的人力成本，整體焊接效率比人工焊接作業(yè)提高1倍以上，焊縫外觀一次合格率達(dá)98.5%以上，比人工焊接提高約15%。
這款智能機(jī)器人還可避免一些人工焊接所產(chǎn)生的技術(shù)缺陷，實(shí)現(xiàn)了較高的焊接效率和焊接質(zhì)量。楊樂(lè)介紹，這臺(tái)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)采用“龍門+雙倒掛六軸”機(jī)器人形式，適用于鋼橋梁生產(chǎn)過(guò)程中的焊接環(huán)節(jié)，采取“3D模型驅(qū)動(dòng)+任務(wù)規(guī)劃+視覺(jué)處理”技術(shù)路線，對(duì)臺(tái)架上的所有焊接工件一次性掃描提取位置信息，根據(jù)工件圖紙生成隔板焊接程序，再利用點(diǎn)激光傳感器對(duì)焊縫的起始點(diǎn)、終點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)多塊隔板自動(dòng)尋位、自動(dòng)糾偏，有效地解決了現(xiàn)有自動(dòng)化焊接方案需頻繁換產(chǎn)、吊裝對(duì)位或離線編程等問(wèn)題。
除了焊接機(jī)器人，中鐵科工還自主研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)千噸過(guò)隧道單主梁架橋機(jī)“陸吾號(hào)”、國(guó)內(nèi)最大起重能力的2000噸雙軌門式起重機(jī)、1800噸世界最大整孔預(yù)制箱梁架橋機(jī)“越海號(hào)”……植根于技術(shù)創(chuàng)新，中鐵科工“逢山開路，遇水架橋”，在重型裝備生產(chǎn)制造領(lǐng)域，勇做開路先鋒，將一個(gè)個(gè)“不可能”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，努力推動(dòng)中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造轉(zhuǎn)變。
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