龍巖號

2019年6月18日，擁有自主智慧財產權的，國內首台高壓水力耦合破岩TBM“龍巖號”在河南鄭州中鐵工程裝備集團有限公司正式下線，是我國裝備製造領域的重大技術創新成果，在國內掘進設備發展歷程中具有里程碑意義。

基本介紹

• 中文名：龍巖號
• 用途：高壓水力耦合破岩TBM

發展歷史

TBM即全斷面硬岩隧道掘進機，素來有“穿山甲”之稱，可完成掘進、支護、出渣等施工工序並行連續作業，是機、電、液、光、氣等系統集成的工廠化流水線隧道施工裝備。具有掘進速度快、施工安全、環保、綜合效益高等優點，實現了傳統鑽爆法難以應對的深埋超長隧洞工程的施工，在中國鐵道、公路、水電、礦山、市政等隧洞工程中套用正在迅猛增長。

國家“一帶一路”、西部交通建設、大型跨流域調水、跨江越海、戰略儲能等工程規劃，為我國深埋超長隧洞工程技術發展帶來了前所未有的契機，也為TBM提供了廣闊的套用空間。在跨流域、跨區域的引、調水工程中，長隧洞常常是工程的首選引（輸）水建築物。在地形、地質條件限制的情況下，為提高隧洞施工速度，縮短工程工期，首選施工方案多採用TBM施工。

傳統TBM設備為單純滾刀破岩模式，即滾刀在法向推力作用下，貫入岩石致使岩石壓裂、脹裂、磨碎而達到破岩的目的，但一旦當遇到超硬岩石時，滾刀無法貫入破岩，破岩困難、掘進效率低、主軸承壽命短、刀具損磨耗嚴重等一系列問題，TBM高效性喪失，極大的限制了TBM的使用範圍和發展空間。

為解決工程面臨的實際問題，黃河設計院以市場需求為導向，結合蘭州市水源地建設工程、厄瓜多辛克雷水電站等國內外項目實踐，集合多項專利技術，與中鐵裝備集團多年積累的裝備製造及研發優勢相結合，最終成功實現高壓水力耦合破岩TBM“龍巖號”的研發下線。

工作原理

記者在現場看到，面對強度為150Mpa的極硬花崗岩，“龍巖號”以240Mpa的水壓噴出的白色水柱切出一道約11毫米深的縫隙。

高壓水力耦合破岩TBM研發團隊負責人、黃河勘測規劃設計研究院有限公司董事長張金良介紹到，本次發布的高壓水力耦合破岩TBM取名為“龍巖號”，一方面源於該TBM即將投入套用於福建省龍巖市萬安溪引水工程項目。另一方面，龍是中華民族的圖騰，能力超群；岩即岩石，超硬岩石是此項技術裝備的主要攻克對象。 稱其為龍巖，既有對TBM超強性能的寓意，更有對其未來在重大工程中一顯神威的冀望。

主要特點

“龍巖號”整機長約300米、直徑3.8米。由黃河勘測規劃設計研究院有限公司與中鐵工程裝備集團有限公司聯合攻關，從專利申請、試驗研究、搭載方案論證、設計製造到組裝調試，集300餘人耗時約3年時間。

高壓水力耦合破岩技術創造性地採用高壓水力射流與傳統TBM滾刀相耦合，將高壓水力射流噴嘴合理搭載於TBM刀盤上。利用超高壓水力射流沖切岩石成槽，為滾刀切割岩石提供自由面，同時水力劈裂岩石形成不規則裂縫，形成的環痕與滾刀的環痕有效疊加，可極大的提高滾刀貫入速度，減少滾刀法向推力，延長主軸承使用壽命，“以柔克剛”，提高破岩效率，實現高效掘進。

由於超高壓射流衝擊劈裂和濺射作用形成的微裂縫，在滾刀的作用下，微裂縫迅速擴展貫通，可大大增加滾刀沿徑向破岩效率，減少刀具磨損，延長滾刀使用周期和壽命， TBM刀具均價3萬左右一把，磨損到達一定程度，需要更換，換刀時間一般為2-3個小時。因此，高壓水力耦合破岩技術在提高破岩效率的同時，也將節省TBM設備的運行維護費。

另外，由於主軸承需要承受很大的推力，傳統的TBM平均的掘進壽命在20公里左右。高壓水力耦合破岩TBM利用雙刀（水刀+滾刀）改變破岩原理，相關技術人員表示，預計可降低30%-40%的主軸承推力，將大幅度延長TBM設備壽命。

同時，由於高壓水力作用，TBM機頭部位不會產生粉塵，大幅提高了TBM工作面的作業環境。

有了“龍巖號”這把金剛鑽，工程方更敢挑戰“瓷器活”。據了解，“龍巖號”高壓水力耦合破岩TBM正式下線後，將運往龍巖市萬安溪引水工程現場，這將是我國首條開展高壓水力耦合破岩的輸水隧洞，是水力行業科技推廣套用的示範工程。該工程引水隧洞TBM施工段長約15千米，地層岩性主要為黑雲母花崗岩、花崗閃長岩、石英砂岩及石英礫岩。岩體完整，岩石強度高。石英、長石等硬質礦物含量高、磨蝕性強，而這也正是發揮“龍巖號“TBM技術優勢的地方。同時，此次工程套用將為“龍巖號”進一步最佳化性能提供更多有益的數據，也為下一步實現工業化推廣打好基礎。

套用

黃河勘測規劃設計研究院有限公司董事長張金良介紹，針對目前TBM工程技術中存在的短板，公司成立了“TBM超高效掘進成套裝備及新型圍護結構關鍵技術”研究團隊，在工程地質研究、高壓水力耦合破岩、TBM設備防卡脫困、新型圍護結構、新型高性能灌漿材料、超長距離施工通風等關鍵領域開展了技術攻關。本次下線的“龍巖號”高壓水力耦合破岩TBM是團隊研發成果之一，是一種跨概念的技術融合，具有很大的推廣意義。

由黃河設計院與中鐵裝備共300餘人花費3年時間攻關，是雙方深化產融合作方式、各自發揮優勢，通過技術研發、設備製造、施工單位通力合作的成果。

中鐵裝備集團副總經理卓興建表示：“這種跨界的聯合攻關可以真正實現我們從中國製造向中國創造的轉變。”

事實上，這不是兩個單位首次合作。早在2015年， 黃河設計院總承包的蘭州市水源地建設工程中，便與中鐵裝備集團聯合打造了國產首台雙護盾TBM，並得到了成功套用。

自“一帶一路”倡議被提出並逐漸落地展開後，中國EPC（工程總承包 Engineering Procurement Construction）產業得到了系統化的戰略性助推，並迎來了高度的發展。

EPC模式，又稱工程總承包，是指總承包方受發包人委託，按照契約約定對工程建設項目的設計、採購、施工、試運行等實行全過程或若干階段的承包。在EPC模式中，總承包方負責整個工程內容的總體策劃以及整個建築工程實施組織管理的策劃和具體工作，專業設備、材料的採購，以及施工、安裝、測試和技術培訓等。通常情況下，總承包方對所承包工程的質量、安全、費用和進度負責。

技術參數

“龍巖號”整機長約300米、直徑3.8米。由黃河勘測規劃設計研究院有限公司與中鐵工程裝備集團有限公司聯合攻關，從專利申請、試驗研究、搭載方案論證、設計製造到組裝調試，集300餘人耗時約3年時間。

近些年，國內EPC企業更加重視項目的質量和效益，開始謀求業務的轉型與升級，很多企業不斷進行新模式的探索。而隨著EPC模式暴露出來的便是不同業務單位之間各自存在的短板。例如設計單位不懂裝備製造，裝備製造單位不懂設計，現場施工單位對設計、裝備製造也是知之甚少。專業壁壘導致合作中的溝通成本進一步增加。

新的管理機制必然帶來新的需求，承包商意識到，只有將設計、裝備製造、施工三方有效的結合起來，形成技術創新，才能應對發展越來越快速的EPC產業。而此次黃河設計院與中鐵裝備集團的合作便是一次典型的成功案例，雙方優勢互補、開展全方位的充分合作。也為未來高端裝備研發提供了一條效率更高、套用場景更加落地的實現路徑。

“要成為一個真正的裝備製造大國，必須有自主創新，有完全自主的智慧財產權，這樣才不受制於人。而真正的創新是由企業需求拉動的”，張金良認為，“這種跨界的合作往往是創新的源泉。”

正如張金良所表示的，科學與技術屬於兩個不同範疇的科目。科學由興趣而生，技術則是將知識轉化為生產力的過程，只有相互融合的創新才更加具有套用價值。而企業是整個技術創新的發動機，科技創新則是企業發展的驅動力。高壓水力耦合破岩TBM設備的研發正是黃河設計院強化科技創新，打造地下工程領域核心競爭力的重要戰略部署。