很多人對戰(zhàn)斗機的分代并不陌生，甚至能夠?qū)σ恍┙?jīng)典機型娓娓道來。也許您并不知道，在素有“國之重器”之稱的掘進機領(lǐng)域，也存在著明晰的分代。行業(yè)領(lǐng)軍者 —— 中鐵工業(yè)已經(jīng)完成第三代、第四代掘進機的技術(shù)積累，目前正致力研制第四代半、第五代掘進機，開啟掘進機顛覆性原創(chuàng)核心技術(shù)全新時代。
激光、高壓水作利齒”掘進機更快更強
第四代半、第五代掘進機是中鐵工業(yè)在世界上首次提出的掘進機發(fā)展方向，今年5月2日，中鐵高新工業(yè)與紐敦光電科技(上海)有限公司進行戰(zhàn)略合作，共同研發(fā)第四代半、第五代掘進機。
第四代半掘進機是指以刀具為主要破巖掘進方式，以激光、水射流、聲波等一種或多種學(xué)科技術(shù)進行輔助破巖的合成掘進設(shè)備。
第五代掘進機是指以激光、水射流、聲波、射線、核能源、化學(xué)物質(zhì)等一種或多種物質(zhì)為主進行掘進破巖，或輔以機械設(shè)備聯(lián)合開挖的掘進裝備。
▲圖示 第四代半掘進機
第四代半、第五代掘進機逐步舍棄了過去以刀盤、刀具等固體為主要掘進介質(zhì)的方式，轉(zhuǎn)而以光線、聲波、液體等為介質(zhì)進行巖體、土體切削，這將徹底解決當(dāng)前盾構(gòu)和TBM存在的掘進速度緩慢、刀具易磨損等難題，大幅度提升掘進效率，改善工作環(huán)境，降低施工成本，為鐵路、公路、水利和地下空間開發(fā)等領(lǐng)域建設(shè)提供更優(yōu)選擇。
據(jù)了解，紐敦光電具有世界領(lǐng)先的高亮度激光技術(shù)，所生產(chǎn)的民用器件亮度和功率均位于世界前列。
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讀者也許會好奇，第一代至第四代掘進機又分別是哪些呢?通常來說，我們根據(jù)掘進機從誕生到逐步完善的各個階段，對其進行代數(shù)分級。
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初代掘進機的誕生 靈感竟源自船蛆
18世紀(jì)末，一個橫貫泰晤士河的隧道修建計劃在英國提上了議程。盡管以當(dāng)時的技術(shù)條件，修建這么大規(guī)模的地下隧道難如登天，但是在1798年，這項工程還是進入了施工階段，隨后又因為多種難以克服的困難匆匆中斷。
一個偶然的機會，法國工程師布魯諾爾從一種船蛆的鉆洞行為中獲得靈感，設(shè)計出一種開放型手掘盾構(gòu)機。這臺機器一種金屬方形箱體，內(nèi)部有的人工作業(yè)和輔助設(shè)備。由千斤頂推動金屬框水平前進，并有金屬框支護土體防止塌方，同時還在金屬框后進行襯砌結(jié)構(gòu)的施工。盾構(gòu)機的構(gòu)架分成36個小單元，每個單元內(nèi)有一名礦工把他面前的粘土挖開。當(dāng)許多名礦工挖去同一數(shù)量的粘土?xí)r，構(gòu)架就可以向前移動了，挖空的地方被砌上磚塊，這就是第一代掘進機的原型。
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1825年，這臺盾構(gòu)機首次應(yīng)用于倫敦泰晤士河隧道施工，在此后漫長的十余年中，盾構(gòu)機不斷被改良、又投入使用，最終在1843年建成泰晤士河水底隧道。這在人類隧道工程史上具有著里程碑意義，其技術(shù)原理為現(xiàn)代盾構(gòu)機設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
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從人工走向機械? 盾構(gòu)史上的長足進步
盡管布魯諾爾發(fā)明的第一代掘進機意義重大，但仍沒有擺脫手掘的束縛。1876年英國人約翰·荻克英森·布倫敦和姬奧基·布倫敦申請了第一個機械化盾構(gòu)的專利，其進步的標(biāo)志是采用了壓縮空氣，用機械開挖代替了人工開挖，隧道掘進機從此邁入了機械時代。
通常，我們把機械式和氣壓式盾構(gòu)機稱為第二代掘進機。布倫敦等人發(fā)明的盾構(gòu)機有一個由幾塊板構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)刀盤，開挖的渣土落入徑向裝在刀盤上的料斗中，料斗將渣土轉(zhuǎn)運至輪帶輸送機上，再將它轉(zhuǎn)運到盾構(gòu)機后部送出。這是盾構(gòu)史上的一個巨大進步。
第三代掘進機以閉胸式盾構(gòu)機為代表，主要包括土壓平衡式盾構(gòu)機和泥水平衡式盾構(gòu)機，以新型襯砌為主要技術(shù)特點。土壓平衡式盾構(gòu)機是通過調(diào)節(jié)出泥艙的土壓力穩(wěn)定開挖面，棄土可以從出泥艙排出的盾構(gòu)機。泥水平衡式盾構(gòu)機是通過調(diào)節(jié)出泥艙的泥水壓力穩(wěn)定開挖面，棄土以泥水方式排出的盾構(gòu)機。
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從機械走向智能 掘進機技術(shù)的突破與飛躍
第四代掘進機以智能化、無人值守、網(wǎng)絡(luò)信息處理為主要特色，中鐵裝備集團承擔(dān)這個研究領(lǐng)域的國家973項目，讓掘進機具有深度巖-機互饋感知、智慧決策、自動執(zhí)行功能，是未來掘進機發(fā)展方向。國家973項目首席科學(xué)家李建斌帶領(lǐng)研發(fā)團隊聯(lián)合大專院校和科研機構(gòu)正在開展第四代掘進機科技攻關(guān)研究，預(yù)計在2019年年底完成第四代掘進機樣機研制并進行工業(yè)試驗，也可以預(yù)測在2025年之前中鐵工業(yè)公司將完成第四代半、第五代掘進機的研制，而且在相當(dāng)長的時間內(nèi)這幾種掘進機將在市場上并存，各自發(fā)揮自己的應(yīng)用空間優(yōu)勢。
中鐵高新工業(yè)股份有限公司(以下簡稱“中鐵工業(yè)”)是中國掘進機的開拓者和領(lǐng)軍者。2008年，中鐵工業(yè)旗下的中鐵裝備研制出我國首臺第三代復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機，并成功應(yīng)用于天津地鐵建設(shè)，從此拉開了中國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的序幕。從鋼釬、大錘到風(fēng)鉆、炸藥，長期以來，在我國隧道工程施工中，人力都沒能得到真正意義上的解放。致力于隧道施工裝備研發(fā)制造的中鐵工業(yè)經(jīng)過多年努力，實現(xiàn)了技術(shù)水平從跟跑到并跑，再到領(lǐng)跑的跨越，促成了我國隧道工程施工由工具到裝備，從人力到機械化的演變。除地鐵施工常用的土壓平衡盾構(gòu)機外，企業(yè)還研發(fā)出異形盾構(gòu)機、超大直徑泥水盾構(gòu)機、小微盾構(gòu)機、TBM等諸多創(chuàng)新產(chǎn)品，這些裝備廣泛應(yīng)用于國防、水利、電力、市政各類地下工程項目。今年5月，中鐵工業(yè)在河南鄭州成立我國首個國際掘進機創(chuàng)新研究中心，致力于世界掘進機研發(fā)中心和巖土刀具創(chuàng)新中心建設(shè)，搶占掘進機技術(shù)制高點。
據(jù)了解，世界上掌握技術(shù)話語權(quán)的行業(yè)巨頭們通常會對產(chǎn)品進行分代，如索尼、微軟為其開發(fā)的游戲機產(chǎn)品分代，英特爾公司將處理器分代等，同類產(chǎn)品的分代不僅能夠確立行業(yè)標(biāo)桿，使產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛認(rèn)同，更激發(fā)了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動能，促進相關(guān)領(lǐng)域核心技術(shù)的突破與飛躍，對行業(yè)發(fā)展有著劃時代的意義。
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