中国的盾构机发展是由市场需求倒逼,形成产业快速发展。
同时,由于本身盾构机使用的企业和研发企业都属于国企范畴,在资源调动方面更快,研发方向更集中,效果也更好。这也是中国最近的10年的时间,完成了盾构机全进口,到大量出口的市场转变的根本原因。
要了解中国盾构机如何打破国外垄断,就要慢慢看盾构机的发展历程。
毕竟没有一个技术和产品,开局就可以样样具备。
中国盾构机的发展历程:(1)1957年-1980s年代,中国盾构机的技术储备。
1957年,中国对隧道掘进机的研究从 1957年就开始了。我国 1963 开始在上海试验性地采用盾构法掘进隧道, 最初为直径4.2 m的开胸盾构干挖法, 后逐步发展为刚出土的网格式盾构、水力出土网格式盾构、局部气压水力开挖网格式盾构及土压平衡式盾构施工法, 这些盾构的设计、加工、施工为 盾构在软土中施工创造了宝贵经验。北京于1966年开始设计, 1968 年开始修建地铁盾构施工试验工程, 也取得了一些 经验。1966年水利部杭州机械研究所研究试制了我国第一台隧道掘进机并应用于水电工程, 1976年又为郑州市设计了直径为 6m 的盾构掘进机。(内容来自《浅谈盾构机的发展史及其在我国的发展状况》,俞 凯)
(2)1980s-2000年前后,中国盾构机合作研发与应用技术储备。
这个时期,地铁交通是盾构机的主要使用市场,继北京、天津修建地铁外,上海、广州也相继修建了地铁工程。地铁施工技术突破了原有浅埋明挖法的限制,盾构法施工方法被引入地铁施工中。
1980年,上海开始进行盾构法隧道地铁试验工程,采用直径6.412m网格式机械出土盾构机施工。掘进长度为565m,采用泥水加压和局部气压施工。1980年11月开始地铁试验一期、二期盾构推进,1982年12月推进结束;1983年6月开始地铁试验三期盾构推进,1984年10月推进结束,隧道总长1130m。1987年,上海市隧道工程公司承建市南站过江电缆隧道工程,成功设计了我国第一台直径4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机,由上海造船厂制造。1990年12月,上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1标过江隧道推进施工。采用自己设计制造直径5.17m加泥式土压平衡盾构。盾构自重190t,总推力28800kN,总功率500kW。上海中隧设计的盾构机
在21世纪之前,由于国内本身大建设的项目并不是非常多,同时受限于国内技术积累较少,盾构机技术发展并不快。
这个时期,还有包括合作研发的法国FCB公司合作设计制作的Φ6.34M土压平衡盾构机。
开拓号盾构机
(3)2000年后,国内进入盾构机发展爆发期
从2002年,中国科技部高新司把盾构机列入“863”计划。这就从资金,技术层面,解决了研发的问题,接下来就是方向明确,努力研发的事情了。2007年科技部基础司也将掘进装备的基础研究列入了“973”计划。
2004年上海隧道研制出了国内首台全自主设计的土压式平衡盾构机“先行1号”样机。2006年“先行2号”盾构机在上海下线,标志着中国具备了批量生产盾构机的能力。2008年,中国中铁1号盾构机下线。这是中国首台具有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机。这个时期,并没有解决盾构机所有的技术问题,但是解决了盾构机整体设计,以及部分核心部件国产化的技术的部分难点。通俗地说,就是主流的盾构机机型,国内从设计到生产基本都可以完成了。
在这个时期,国内进口盾构机的价格,已经下降到5000-1亿左右了。当然同比与国内自己造价,这个价格还是要高1-2倍。
例如:2006年日本小松φ6340土压平衡式盾构机,售价3600万人民币。德国海瑞克φ6250土压平衡式盾构机一台售价大约为5500万。
2008年,大基建成为盾构机需求的爆发点2008年,全球金融危机,为了应对金融衰退,国内推出了4万亿刺激计划。4万亿加速了中国基建行业的快速发展,高铁,地铁,南水北调等大工程先后开工。
这个时候,就发现在隧道施工方面,中国缺少的盾构机,当时还没有办法实现完全的国产化,大部分依赖进口。
需求已经摆在眼前,但是没有产品?
那么2008年,中国盾构机市场的需求有多少呢?
2008年前后,国家有关部门已经规定人口在300万以上、GDP值在1000亿以上、年财政收入在100亿以上的城市可以建地铁。这个政策在后期有所提高,但即便是这个标准,当时也有超过1500KM的地铁线路提交了申请。计划在2010年前建成的地铁里程就达到1200KM。
在盾构机经历了合作设计,长达50年的应用工艺研究后,中国开始着手解决盾构的核心零部件,以及应用于各种类型的盾构机产品。
4大盾构机类型:盾构机的分类
A类:敞口式盾构或称普通盾构
有全部的或部分的正面支撑,人工或正、反铲开挖;无正面支撑,人工或正、反铲开挖;正面有切削土体或软岩的刀盘。
B类:普通闭胸式盾构或称普通挤压式盾构(半机械化盾构)
正面全部胸板封闭,挤压推进,留有可调节进土孔口的面积,局部挤压推进;正面网格上覆全部或部分封板;或装调节开挖面积的闸门,挤压、局部挤压推进。
C类:机械式闭胸盾构
正面封闭舱中加压,刀盘切削土体的,称局部气压盾构;
正面密封舱中设泥浆或泥浆加气压平衡装置的称泥水平衡盾构、泥水加压式平衡盾构;
正面密封舱中设土压或土压加泥水式平衡装置的,称土压平衡盾构或加泥式土压平衡盾构。
土压平衡式盾构机 土压平衡式盾构机
泥土加压式盾构机 泥土加压式盾构机
泥浆式盾构机 泥浆式盾构机
泥水式盾构机 泥水式盾构机
多圆式盾构机
矩形盾构机
D类:TBM盾构
在硬岩中(>50MPa)使用的隧道掘进机(TBM),分敞开型和密闭型,盾构正面的切削由大刀盘加滚刀组成的复合刀盘。
盾构机,机械式和TB盾构机,核心的大件技术是:盾构机啊各组件的成本占比
从这里面可以看到,高端液压产品,大功率变频驱动电机产品,高口径,高刚性的轴承,法兰,刀具,以及特厚型钢材的焊接技术都是挑战。
盾构机主要部件
这些核心零部件,需要多个产业链进行整合解决这些问题。
例如:高端液压产品,全球主要有:博世力士乐,派克汉尼汾,伊顿,川崎重工,KYB,穆格。
全球大型液压厂商
目前国内,恒立液压也开始在盾构机中使用,恒立自主设计制造的液压系统,为中交“141”号盾构一路保驾护航。
还有 包括齿轮,法兰盘等等国内厂商都开始跟进,开始国产化逐步替代。
中国当前盾构机市场仍然有进口,出口量大于进口量中国盾构机进出数量
从2013年开始,中国盾构机就开始创汇了,出口数量大于进口。并且增速非常的快,如今进口的数量已经越来越少。
总结来说:中国盾构机是一步步的研发迈进的过程,并没有天才的创举,也没有拼爹的捷径,就是一步步的发展起来。有合作吸收的技术,有自主研发的技术。
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