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挖地铁,钢研献上一副“中国好牙”

2017/10/30 10:38   |    阅读量:919   |    来自: SIMM深圳机械展

目前我国城市轨道交通发展如火如荼,特别是近几年一直呈现井喷式发展的态势。而在这轮地铁建设大潮中,有一种庞大的核心工程设备也在一次次出现在我们的视野当中,它就是盾构机。

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轨道交通大发展

这种庞大的设备集机械、电气、液压、测量导向等多种科技术于一体,并且随着盾构型式的多样化及性能的不断提升,其在城市轨道交通、铁路、公路、输水、输气、排污、矿井通道、地下救援等重大工程中的应用日益广泛。盾构机具有开挖速度快、经济、安全、优质、环保、劳动强度低等优点,目前在中国80%的地下隧道都是由盾构机挖掘而成的。


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矩形盾构机

盾构机主要由盾壳、刀盘及刀具、刀盘驱动、推进系统、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等部分组成。其在施工过程中,通过刀盘上的刀具对前方岩土进行压裂、刮削,可以说刀具相当于盾构机的牙齿,是实现盾构机掘进功能的主要部件。盾构机刀具的配置和产品使用性能直接影响整机的刀盘使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率,因而有关盾构刀具的技术也被列为盾构设备的核心技术。

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盾构机刀盘

盾构机刀具根据工作方式、位置、形状等方法分类,现今主要分为切削刀和滚刀两种,其中切削刀又分为齿刀、刮刀、先行刀等多种,根据不同的盾构设计以及土层情况选配不同的刀具进行投入工作。

滚刀的作用原理主要是刀具依靠挤压破岩,一般用于岩石隧道的掘进。当穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于400mm)、并且含量达到一定比例时,也可采用滚刀型刀具。切削刀的作用原理则主要是盾构机向前推进的同时,刀具随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力,不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层。

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盾构机施工示意图

作为盾构机的关键部件,盾构刀具具有“一大、二多、三复杂”的特点,即尺寸大;刀具多、材质多;工作对象复杂,工作环境复杂,受力形式复杂等特点。因技术水平的限制,长期以来,我国盾构机刀具70%以上依靠进口。近几年来,随着我国基础设施建设开始加速,国内研发机构和施工建设单位不断创新发展并结合多年的施工经验,研发了具有自主知识产权的盾构机,加快了行业技术进步。同时在这一过程中也突破了盾构刀具的一系列关键制造技术,使国产盾构刀具达到了国外先进技术水平。其中,中国钢铁研究院就是这些企业的杰出代表。

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某国产盾构机

中国钢研坚持面向国防军工重大工程、国民经济重要行业和重大需求、面向冶金和钢铁用户行业技术进步,致力于金属新材料的研发创新和成果转化。经过多年攻关,凭借掌握多项核心科技并拥有完整的高端那金属生产制造链,中国钢研旗下厚德科技有限公司集成当今尖端技术,专门为盾构机研发出高要求的挖掘刀具。

刮刀的核心材料是硬质合金,厚德科技运用国内最先进的生产设备和技术,研发出超越美国DI和元素六E6的超粗晶粒硬质合金材料。这种材料较常规硬质合金具有优异的断裂韧性及抗冲击性能,特别适合于终极性大、易发生断裂等苛刻工况环境,如凿岩、打孔等,大大提高了盾构施工效率。

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钢研刮刀

在滚刀领域,厚德科技也为滚刀圈研发了专利材料。该刀圈材料基体超级纯净,硫化物极少,氧化物数量少、尺寸小且均成球状,非金属夹杂物评级(美标ASTM E45)优于高级H13纯净度标准。经冲击测试,钢研滚刀圈在相同冲击实验条件下,冲击功表现远好于市场其他刀具,适用于穿山隧道施工、过海隧道施工及其他复杂条件下的施工。

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钢研滚刀

中国钢研多年来积极跟进材料领域的前沿发展,在高端装备用特种合金、高温合金、稀土新材料和军工关键材料等方面发挥主导作用,打通从新材料应用基础研究到工程化应用的瓶颈,为“中国制造2025”提供材料技术支撑。SIMM2018中国钢研也将再次亮相这个“助力中国智造”的大舞台,届时钢研将在4号馆金属材料专题展区带来其众多军民融合的最新成果。

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