国内重大掘进装备颠覆式创新 TBM“龙岩号”强势下线

　　6月18日，拥有自主知识产权的，国内首台高压水力耦合破岩TBM“龙岩号”在河南郑州中铁工程装备集团有限公司正式下线，是我国装备制造领域的重大技术创新成果，在国内掘进设备发展历程中具有里程碑意义。

　　工程大国掘进重器

　　TBM即全断面硬岩隧道掘进机，素来有“穿山甲”之称，可完成掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备。具有掘进速度快、施工安全、环保、综合效益高等优点，实现了传统钻爆法难以应对的深埋超长隧洞工程的施工，在中国铁道、公路、水电、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。

　　国家“一带一路”、西部交通建设、大型跨流域调水、跨江越海、战略储能等工程规划，为我国深埋超长隧洞工程技术发展带来了前所未有的契机，也为TBM提供了广阔的应用空间。在跨流域、跨区域的引、调水工程中，长隧洞常常是工程的首选引（输）水建筑物。在地形、地质条件限制的情况下，为提高隧洞施工速度，缩短工程工期，首选施工方案多采用TBM施工。

　　传统TBM设备为单纯滚刀破岩模式，即滚刀在法向推力作用下，贯入岩石致使岩石压裂、胀裂、磨碎而达到破岩的目的，但一旦当遇到超硬岩石时，滚刀无法贯入破岩，破岩困难、掘进效率低、主轴承寿命短、刀具损磨耗严重等一系列问题，TBM高效性丧失，极大的限制了TBM的使用范围和发展空间。

　　为解决工程面临的实际问题，黄河设计院以市场需求为导向，结合兰州市水源地建设工程、厄瓜多尔辛克雷水电站等国内外项目实践，集合多项专利技术，与中铁装备集团多年积累的装备制造及研发优势相结合，最终成功实现高压水力耦合破岩TBM“龙岩号”的研发下线。

　　记者在现场看到，面对强度为150Mpa的极硬花岗岩，“龙岩号”以240Mpa的水压喷出的白色水柱切出一道约11毫米深的缝隙。

　　高压水力耦合破岩TBM研发团队负责人、黄河勘测规划设计研究院有限公司董事长张金良介绍到，本次发布的高压水力耦合破岩TBM取名为“龙岩号”，一方面源于该TBM即将投入应用于福建省龙岩市万安溪引水工程项目。另一方面，龙是中华民族的图腾，能力超群；岩即岩石，超硬岩石是此项技术装备的主要攻克对象。 称其为龙岩，既有对TBM超强性能的寓意，更有对其未来在重大工程中一显神威的冀望。

　　“双刀”破岩工效提升

　　“龙岩号”整机长约300米、直径3.8米。由黄河勘测规划设计研究院有限公司与中铁工程装备集团有限公司联合攻关，从专利申请、试验研究、搭载方案论证、设计制造到组装调试，集300余人耗时约3年时间。

　　高压水力耦合破岩技术创造性地采用高压水力射流与传统TBM滚刀相耦合，将高压水力射流喷嘴合理搭载于TBM刀盘上。利用超高压水力射流冲切岩石成槽，为滚刀切割岩石提供自由面，同时水力劈裂岩石形成不规则裂缝，形成的环痕与滚刀的环痕有效叠加，可极大的提高滚刀贯入速度，减少滚刀法向推力，延长主轴承使用寿命，“以柔克刚”，提高破岩效率，实现高效掘进。

　　由于超高压射流冲击劈裂和溅射作用形成的微裂缝，在滚刀的作用下，微裂缝迅速扩展贯通，可大大增加滚刀沿径向破岩效率，减少刀具磨损，延长滚刀使用周期和寿命， TBM刀具均价3万左右一把，磨损到达一定程度，需要更换，换刀时间一般为2-3个小时。因此，高压水力耦合破岩技术在提高破岩效率的同时，也将节省TBM设备的运行维护费。

　　另外，由于主轴承需要承受很大的推力，传统的TBM平均的掘进寿命在20公里左右。。高压水力耦合破岩TBM利用双刀（水刀+滚刀）改变破岩原理，相关技术人员表示，预计可降低30%-40%的主轴承推力，将大幅度延长TBM设备寿命。

　　同时，由于高压水力作用，TBM机头部位不会产生粉尘，大幅提高了TBM工作面的作业环境。

　　有了“龙岩号”这把金刚钻，工程方更敢挑战“瓷器活”。据了解，“龙岩号”高压水力耦合破岩TBM正式下线后，将运往龙岩市万安溪引水工程现场，这将是我国首条开展高压水力耦合破岩的输水隧洞，是水力行业科技推广应用的示范工程。该工程引水隧洞TBM施工段长约15千米，地层岩性主要为黑云母花岗岩、花岗闪长岩、石英砂岩及石英砾岩。岩体完整，岩石强度高。石英、长石等硬质矿物含量高、磨蚀性强，而这也正是发挥“龙岩号“TBM技术优势的地方。同时，此次工程应用将为“龙岩号”进一步优化性能提供更多有益的数据，也为下一步实现工业化推广打好基础。

　　跨界合作三年一剑

　　黄河勘测规划设计研究院有限公司董事长张金良介绍，针对目前TBM工程技术中存在的短板，公司成立了“TBM超高效掘进成套装备及新型围护结构关键技术”研究团队，在工程地质研究、高压水力耦合破岩、TBM设备防卡脱困、新型围护结构、新型高性能灌浆材料、超长距离施工通风等关键领域开展了技术攻关。本次下线的“龙岩号”高压水力耦合破岩TBM是团队研发成果之一，是一种跨概念的技术融合，具有很大的推广意义。

　　由黄河设计院与中铁装备共300余人花费3年时间攻关，是双方深化产融合作方式、各自发挥优势，通过技术研发、设备制造、施工单位通力合作的成果。

　　中铁装备集团副总经理卓兴建表示：“这种跨界的联合攻关可以真正实现我们从中国制造向中国创造的转变。”

　　事实上，这不是两个单位首次合作。早在2015年， 黄河设计院总承包的兰州市水源地建设工程中，便与中铁装备集团联合打造了国产首台双护盾TBM，并得到了成功应用。

　　自“一带一路”倡议被提出并逐渐落地展开后，中国EPC（工程总承包 Engineering Procurement Construction）产业得到了系统化的战略性助推，并迎来了高度的发展。

　　EPC模式，又称工程总承包，是指总承包方受发包人委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包。在EPC模式中，总承包方负责整个工程内容的总体策划以及整个建筑工程实施组织管理的策划和具体工作，专业设备、材料的采购，以及施工、安装、测试和技术培训等。通常情况下，总承包方对所承包工程的质量、安全、费用和进度负责。

　　近些年，国内EPC企业更加重视项目的质量和效益，开始谋求业务的转型与升级，很多企业不断进行新模式的探索。而随着EPC模式暴露出来的便是不同业务单位之间各自存在的短板。例如设计单位不懂装备制造，装备制造单位不懂设计，现场施工单位对设计、装备制造也是知之甚少。专业壁垒导致合作中的沟通成本进一步增加。

　　新的管理机制必然带来新的需求，承包商意识到，只有将设计、装备制造、施工三方有效的结合起来，形成技术创新，才能应对发展越来越快速的EPC产业。而此次黄河设计院与中铁装备集团的合作便是一次典型的成功案例，双方优势互补、开展全方位的充分合作。也为未来高端装备研发提供了一条效率更高、应用场景更加落地的实现路径。

　　“要成为一个真正的装备制造大国，必须有自主创新，有完全自主的知识产权，这样才不受制于人。而真正的创新是由企业需求拉动的”，张金良认为，“这种跨界的合作往往是创新的源泉。”

　　正如张金良所表示的，科学与技术属于两个不同范畴的科目。科学由兴趣而生，技术则是将知识转化为生产力的过程，只有相互融合的创新才更加具有应用价值。而企业是整个技术创新的发动机，科技创新则是企业发展的驱动力。高压水力耦合破岩TBM设备的研发正是黄河设计院强化科技创新，打造地下工程领域核心竞争力的重要战略部署。

　　记者：杨滨宇