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盾构机前盾、中盾、后盾及设备桥工作原理模型

　　目前，我省有国家重点实验室14家。长期以来，这些实验室因其专业性、相对封闭性往往不为太多人知道，但他们的科研成果却是所在领域创新发展的驱动力，国家重点实验室虽然是个高大上的所在，但工作在这里的每个人，却也普普通通。他们的辛勤工作，需要更多人知道。今天，东方今报“发现河南创新力”开篇，带您走进我省第一个建成并投入使用的国家重点实验室——盾构及掘进技术国家重点实验室。

　　我们的城市在建的地铁及很多工程都需要隧道施工，这离不开有“工程机械之王”“移动式掘进工厂”之称的盾构机（又名隧道掘进机）。这些被专业人士称为“土拨鼠”的盾构机的研发、生产、使用和维护，都离不开位于郑州市高新技术产业开发区科学大道上，依托中铁隧道集团有限公司建设的盾构及掘进技术国家重点实验室的技术支持。

　　国字头的重点实验室有多牛

　　如果不真正走进盾构及掘进技术国家重点实验室（以下简称盾构实验室）的话，这个坐落在郑州市高新技术产业开发区科学大道99号的地方，和一般工厂看起来没有什么区别。主要研究刀盘刀具、系统集成与控制技术、盾构施工控制技术，有几十个固定研发人员生活工作的普普通通办公楼、实验厂房，正是中国研究“工程机械之王”“移动式掘进工厂”盾构机及掘进技术的核心之地。

　　这个国字头的重点实验室有多牛？给你看一组数据你就知道了，截至目前，这里共承担科研项目52项，共有35项科研成果获得科技成果奖励。

　　实验室研究的是动辄售价几千万的盾构机，他们的研究成果，让“洋盾构”控制中国市场的局面已成历史，让曾经售价6000多万的“洋盾构”，被迫跟随国产盾构大幅度降价。

　　这里如今每天进行的是盾构机关键部件的研发，比如盾构机刀具数字化设计、自动化系统控制，还有就是基于大数据、云计算技术的智能掘进基础理论方面的研究，并联合山东大学、武汉大学、天津大学和浙江大学，做了相关科学问题研究，研究成果入选了中国中铁新技术推广项目名录。

　　实验室都在攻克哪些难题

　　盾构掘进技术使用起来非常方便，但研发生产却是个实打实的技术活。比如土压平衡盾构技术，盾构机在不同压力下作业时的土压力平衡非常重要，盾构技术实验室党工委书记、执行主任、教授级高级工程师陈馈告诉东方今报记者，施工过程中土压力大了会对地面产生影响，比如地面凸起，但如果土压力小了，四周的土就会往隧道流，会发生塌陷。这就像做豆腐时放水一定要把握到位，水放多了做成了豆花，水放少了就成了豆渣。

　　除了土压平衡盾构，盾构实验室还突破了泥水盾构和复合盾构的关键技术，以及盾构施工过程中的失稳、失效、失准等世界难题，据了解，盾构实验室根据中国隧道集团掌握的全国地质大数据，可以将盾构施工过程中的失准误差控制在正负2厘米以内。而国外世界第一盾构公司的盾构施工，曾经误差达到过两米，隧道报废的都有。

　　另外是实验平台取得突破，研制出多台有自主知识产权的仪器设备，部分达到国际领先水平。

　　“在同一个城市，国外的盾构竞争力已远不如从前。” 陈馈说，比如在成都地铁竞标过程中，我们就竞争过了德国海瑞克世界第一的盾构。他们的盾构机滚刀，掘进80米就要更换，我们的盾构能跑500米不换刀，“因为我们对国内的地理环境比他们熟悉，知道什么样的地质用什么样的刀比较合适。”

　　其实，不光在地铁施工建设时使用盾构机这种高大上的物件，过街隧道施工也经常使用。2014年，郑州中州大道与红专路交会处的红专路下穿中州大道的隧道工程施工时，地下大施工，地面交通基本畅通，这全归功于“盾构机”。这背后还隐藏着一个世界之最——当时世界上掘进断面最大的矩形盾构机（顶管机）。这和盾构及掘进技术国家重点实验室有着密切的联系。

　　实验室每年

　　为国家省数十亿美元

　　说起盾构施工法的灵感，最早对其研究的是法国工程师M.I.布律内尔。他在一次乘船过程中，发现在船木中钻洞的蛀虫很厉害，在钻洞后，会从体内排出一种黏液加固洞穴。受此启发，他在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造了世界上第一条水底隧道。后来，加入盾构研究的国家越来越多，盾构法关键技术也长期被德国、美国、加拿大、法国等西方国家垄断。

　　新中国成立以来，我国的隧道施工技术可以分为四个阶段。20世纪50年代，人工钢钎大锤打眼放炮，手推斗车运输；70年代主要是风钻打眼，轨道翻斗车运输；80年代主要采用新奥法原理，凿岩台车、装载机和衬砌模板台车形成大型机械化配套作业；90年代才开始采用全新盾构掘进机，实现工厂化作业。

　　2008年，中铁隧道集团公司总工程师、盾构及掘进技术国家重点实验室主任洪开荣带领他的团队打破了西方盾构技术的垄断地位。

　　如今，中国中铁盾构占据了国内市场半壁江山，并广泛应用于地铁市政、水利水电、共同管沟等领域和穿江越洋工程，每年为国家节约外汇数十亿美元。同时也受到国际市场的青睐，已出口马来西亚、新加坡、埃塞俄比亚等多个国家。（记者 章衡/文 张晓冬/图）