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“與我們平時看到的盾構(gòu)機(jī)有所不同，它有多種掘進(jìn)模式，可以將鉆爆與隧道掘進(jìn)有效結(jié)合起來。”5月9日，在中國中鐵工業(yè)高端裝備制造基地，“走進(jìn)新國企·向新而行 智造未來”融媒體采訪團(tuán)成員被這個直徑4.5米長的 “大家伙”所震撼。
展現(xiàn)在記者面前的，是由清華大學(xué)、中國中鐵工業(yè)旗下中鐵科工聯(lián)合研制，具有突破性原創(chuàng)性技術(shù)的掘爆機(jī) （以下簡稱BBM）試驗(yàn)裝備，目前已完成了空心刀盤掘進(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)。
由清華大學(xué)、中國中鐵工業(yè)旗下中鐵科工聯(lián)合研制的掘爆機(jī)試驗(yàn)裝備。（中鐵科工集團(tuán)供圖）
大國重器再添新成員
盾構(gòu)機(jī)，全稱為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，是集機(jī)、電、信息、人工智能等技術(shù)于一身的 “工程機(jī)械之王”。
誰能想象，20多年前，我們還沒有自己的盾構(gòu)機(jī)，如今，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)已占全球市場近七成。其中，TBM（隧道掘進(jìn)機(jī)）埋深可達(dá)幾百米甚至上千米，適用于大埋深、長距離、巖石強(qiáng)度高等施工條件，對設(shè)備的可靠性、適應(yīng)性、耐久性和安全性都提出了更高要求。
那么，為何要在隧道掘進(jìn)方式上增加鉆爆功能呢？ “我國長大隧道采用TBM施工時，容易遭遇巖爆、破碎帶、軟巖大變形等復(fù)雜地質(zhì)，出現(xiàn)設(shè)備卡機(jī)、工期延誤等問題。”中鐵科工集團(tuán)總工程師盛寶安告訴記者，掘爆機(jī)則可以同時發(fā)揮TBM設(shè)備安全高效和鉆爆法施工靈活的特性。
比如，當(dāng)TBM遇到不良地質(zhì)卡機(jī)時，能夠快速通過空心刀盤為超前處理提供通道，解決了通常采用迂回繞道的問題；TBM與鉆爆法因巖制宜多種搭配，在硬巖地層，特別是高巖爆、大變形等復(fù)雜地層還可以超前釋放應(yīng)力；圍巖良好情況下，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。
“經(jīng)過多次試驗(yàn)，結(jié)果初步表明，在超硬巖地質(zhì)條件下，經(jīng)過超前預(yù)裂處理，空心刀盤掘進(jìn)效率可提升30%。”在盛寶安看來，掘爆機(jī)是高端化、智能化、綠色化的新一代掘進(jìn)機(jī)，研制成功后將實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)領(lǐng)域新突破，尤其是在國家提出大規(guī)模設(shè)備更新的背景下更具有重要意義。
據(jù)了解，項(xiàng)目進(jìn)展順利，已進(jìn)入最后階段，將于5月底進(jìn)行驗(yàn)收。中國中鐵高級專家李建斌介紹，掘爆機(jī)具有廣泛應(yīng)用價(jià)值和推廣前景，未來有望應(yīng)用于大型水利水電工程、礦山以及公路、鐵路等建設(shè)領(lǐng)域，創(chuàng)造世界領(lǐng)先的中國技術(shù)和裝備，為大國重器再添新成員。
智能化裝備全面開花
掃描提取焊接工件位置信息、根據(jù)工件圖紙生成隔板焊接程序、利用點(diǎn)激光傳感器對焊縫起始點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位……在智能焊接工藝實(shí)驗(yàn)室，由中鐵科工集團(tuán)研制的智能焊接機(jī)器人大展身手，不到5秒就完成了一系列操作演示。
智能焊接機(jī)器人正在進(jìn)行演示操作。（中鐵科工集團(tuán)供圖）
“在整體結(jié)構(gòu)上，智能焊接機(jī)器人采用的是龍門+雙倒掛六軸機(jī)器人形式，主要由視覺系統(tǒng)、外圍系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、焊接管理系統(tǒng)組成，適用于鋼橋梁生產(chǎn)中的焊接環(huán)節(jié)。”中鐵科工集團(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院副院長李維玲向記者介紹，它有效解決了現(xiàn)有自動化焊接方案需頻繁換產(chǎn)、吊裝對位、頻繁人工示教或離線編程，實(shí)現(xiàn)了較高的焊接效率和焊接質(zhì)量。
目前，該款智能機(jī)器人已成功運(yùn)用到中鐵九橋、中鐵貴州公建等單位正在建設(shè)的澳凼大橋、牂牁江大橋等施工現(xiàn)場，大幅提高施工效率的同時，降低了制造成本。
數(shù)據(jù)顯示，智能焊接機(jī)器人每天平均工作時間超過8小時，單臺設(shè)備可減少3名工人的人力成本，節(jié)省人工示教機(jī)器人焊前準(zhǔn)備時間超過70%，整體焊接效率相比人工焊接作業(yè)提高1倍以上。焊縫外觀一次合格率達(dá)到了98.5%以上，比人工焊接提高了約15%。
“機(jī)器人的應(yīng)用，就是讓鋼結(jié)構(gòu)制造全機(jī)器人化，讓機(jī)械設(shè)備制造全系統(tǒng)化，覆蓋下料、組裝、焊接、涂裝、倉儲物流等多環(huán)節(jié)。”研發(fā)人員楊樂介紹，傳統(tǒng)的建筑鋼結(jié)構(gòu)表面處理需要頻繁人工示教，噴涂質(zhì)量低，易出錯環(huán)節(jié)多，對設(shè)備操作人員素質(zhì)和技能要求都比較高。為此，中鐵科工研制出鋼橋梁智能噴涂機(jī)器人后，大大提高了智能化水平和生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。
從 “鵬來號”多場景智能鋪軌機(jī)組、 “赤沙號”國內(nèi)首臺建筑構(gòu)件裝配機(jī)器人，到 “雄安號”世界首創(chuàng)綠色裝配式U盾架管機(jī)，再到如今的智能焊接、噴涂機(jī)器人，中鐵科工集團(tuán)攻關(guān)共性技術(shù) “卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)、前瞻性技術(shù)，聚力打造輕量化、信息化、智能化的裝備。
這是中鐵科工在特種工程裝備領(lǐng)域的創(chuàng)新嘗試，也是中國制造向中國智造、中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變的未來趨勢之一。(記者 霍悅)
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