欢迎访问美文集

大国重器第三集通达天下观后感(大国重器第三集赶超之路)

发布:网友分享 2023-12-12 14:43:54 阅读次数

  央视《大国重器》(第二季)第三集“通达天下”首播,中国铁建生产的盾构机作为全集主角,甫一亮相便“吸粉”大批。由此,这一少有人知的大型工程机械逐渐走入了人们的视野。

  近年来,中国基建产业迅速发展,铁路、高速公路数量迅猛增长,被网友们玩笑地给予了一个“基建狂魔”的称号。

  在基础设施建设中,中国工人们遇山开山、逢水架桥,就离不开盾构机这种大型的“钢铁穿山甲”。

  在中国地质条件多样、地貌极为复杂的国土上,进行基建的施工难度极大,盾构机正好能大展拳脚。以前,2000人挖一条小隧道大概需要5年左右,现在用一台盾构机挖一条大型隧道仅需要5个月。

  盾构机的历史

  盾构机问世至今已有近180年的历史,其始于英国,发展于日本、德国。在18世纪末的泰晤士河隧道工程中,法国工程师布鲁诺尔从船蛆身上得到灵感,提出了盾构掘进隧道的原理,并取得了英国的专利。

  1818年,布鲁诺尔完善了盾构结构的机械系统;1823年,布鲁诺尔制成了世界上第一台盾构机。此时的盾构机是使用矿工把粘土挖开,这被称为第一代盾构机。

  1976年,英国的布伦敦等人申请了第一个机械化盾构的专利,其进步的标志是采用了压缩空气,从而用机械开挖代替了人工开挖。机械式和气压式盾构机被称为第二代盾构机。

  第三代盾构机以闭胸式盾构机为代表,主要包括泥水式盾构机和土压式盾构机。

  2002年,国产盾构机的研制正式列入了“863计划”。同年,中铁隧道集团成立了盾构机研发项目组。

  有了国家带头的力量,国产盾构机迎来了迅猛发展:

  2004年,具有自主知识产权的“先行者”地铁盾构面世;2006年,“先行者2号”下线,国内地铁盾构开始批量生产;2008年,第一台拥有部分自主知识产权的国产复合盾构机横空出世;2013年,国内企业自主研发了首台国产盾构主驱动减速机。

  到了2017年,国内已经有超过45家盾构机企业。

  盾构机的原理

  盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。在地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程中都有广泛应用。

  盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构,挤压式盾构,半机械式盾构(局部气压、全局气压),机械式盾构(开胸式切削盾构,气压式盾构,泥水加压盾构,土压平衡盾构,混合型盾构,异型盾构)。

  盾构机的基本工作原理即一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾,对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用,承受周围土层的压力,有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

  简单来讲,盾构机相当于一条巨型“蚯蚓”,前面的刀盘“吃”土,传送带将土从后部排出,它通过的地方就形成了一条中空的隧道,隧道的内径就等于它的外径。

  不同的盾构机会使用不同的方法帮助挖掘,如泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面,土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质。

  现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术,而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造,可靠性要求极高。

  《大国重器》中出现的中国铁建重工自主研制的大直径全断面岩石隧道掘进机(TBM)就完全属于中国自主研发,在工程机械领域被誉为地下“航空母舰”。其4层楼高、230米长的机身上,安装着5万多个零件,装载着掘进动力、出渣支护等各类设备。

  盾构机:从外国垄断到“中国制造”

  盾构机曾经是外国的专属:一台进口盾构机要花3亿元,外商就连维修也要拉警戒线,中方人员不得入内。但如今,国产盾构机已经稳占90%的国内市场份额,2/3的国际市场。

  从一张图纸都没有的空白,到现在国产盾构机技术全球领先,都源于中国人近20年的筚路蓝缕、艰苦研发。

  据不完全统计,目前国外盾构机的主要制造厂有18家,集中在日本和欧美,如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、石川岛播磨重工,德国的海瑞克公司、维尔特公司,美国的罗宾斯公司,加拿大的罗法特公司、意大利的塞里公司等。

  而中国盾构机主要制造企业来自于国有企业,其中较著名的包括上海隧道股份、中铁隧道装备、北方重式、中交天和机械设备制造、成都南车隧道装备、大连重工起重集团、无锡巨力重工、湖北天地重工、天津天城隧道设备、苏州大方等数十家公司。

  上海隧道工程股份公司于2004年研制成功中国第一台具有自主知识产权和国际先进水平的土压平衡式盾构机;北方重工集团自2005年开始介入盾构机制造领域;北京华隧通掘进装备有限公司制造的国内地铁最大的直径10.22m土压平衡盾构机已交付使用。

  数据显示,中国盾构机制造六大巨头中,仅中铁装备一家,盾构机的订单就有868台。2017年和2018年,中铁装备的盾构机产销量都是世界第一。

  中国铁建是国内唯一一家没有与国外厂家合作、没有购买国外图纸和专利的掘进机研发制造企业,拥有国际领先的掘进机制造基地,自主研发的盾构机已连续4年占据国产市场的“半壁江山”,市场占有率85%以上的TBM和大直径盾构机成为国产第一品牌,被广泛应用于国内30多个省市的地铁、铁路、煤矿和水利等重点工程。

  值得一提的是,科技界“网红”、“不务正业”的马斯克旗下的Boring公司也正在造隧道盾构机。2017年该公司已在使用隧道掘进机Godot进行工程作业,2019年Boring公司第二代隧道掘进机Line-Storm(风暴线)投入使用;而2020年2月,Boring全新设计的纯电动隧道掘进机Prufrock已经到位,预计其挖掘速度比传统掘进机高8到14倍。

  盾构机市场:城市化发展引领快速增长

  据中国工程机械协会数据显示,2012年我国盾构机的产量为141台,2017年上升到475台,2018年我国盾构机产量达到了483台。从需求量来看,2017年我国盾构机市场需求量约350台,2018年我国盾构机行业需求量为365台。

  数据显示,2013年我国盾构机出口数量为90台,出口金额为386889千美元,进口数量为30台,进口金额为84356千美元;2018年出口数量达127台,出口金额为368738千美元,进口数量仅为9台,进口金额为20810千美元。

  2017年,中国全断面隧道掘进机销量达到645台,其中盾构机559台,TBM31台,销量同比2016年增长了66%。根据行业市场主要企业掘进机销量增长情况预测,2018年中国全断面隧道掘进机销量增长在15%左右,销量预计将达到742台。

  (注:盾构机在国内的专用术语是自推进隧道掘进机。全断面隧道掘进机包含盾构机与TBM。欧美将全断面隧道掘进机统称为TBM,日本和中国则习惯上将用于软土地层的称为盾构机,将用于岩石地层的称为TBM。)

  按照2016年隧道掘进机销售均价4375万元测算,2017年中国隧道掘进机市场规模为282.2亿元,2018年为324.6亿元。

  根据中国工程机械工业协会最新公布的数据显示,2017年,中国盾构机产量前三名分别为中铁工程装备集团有限公司、中国铁建重工集团有限公司和中交天和机械设备制造有限公司,2017年产量分别为166台、127台和108台。

  在发达国家,使用隧道掘进机施工已占隧道总量的90%以上。而随着全球城市化不断发展,基础设施建设更加深入,盾构机需求仍将快速增长。

  以中国公路隧道为例,2012-2018年,随中国城镇化推进,公路隧道数量及里程快速增长。根据交通部发布的《2018年交通运输行业发展统计公报》数据,截至2018年底,全国公路隧道17738处、1723.61万米,增加1509处、195.10万米,其中特长隧道1058处、470.66万米,长隧道4315处、742.18万米。随中国交通设施建设推进、海绵城市建设加速,盾构机未来具有巨大应用市场。