周骏:国产超大盾构机“尝鲜者”

  编者按:

  全国“科技三会”,尤其是江苏省科技创新大会和省科协九届三次全委会召开以来,全省广大科技工作者广泛开展创新争先行动,涌现出一大批成就突出、贡献卓著,在全省、全国产生一定影响的优秀科技工作者。

  在首个全国科技工作者日到来之际,江苏省科协组织开展先进科技人物宣传活动,在全省范围内发现、举荐了一批优秀科技工作者典型,本报将对这些创新争先先锋进行连续报道,进一步营造尊重劳动、尊重知识、尊重人才、尊重创造的良好氛围,激励更多科技工作者投身创新创业工作。

  常熟市高新技术产业园区内,中交天和机械设备制造有限公司约有五层楼高、身长过百米的“庞然大物”格外引人注目。它的造型酷似游乐场里的摩天轮,红、黄、蓝各色镶嵌其间显得柔和可爱,让人难以相信,它竟是一个能潜入长江底,撕裂、磨碎各种岩石的机械“怪咖”。

  “这台‘摩天轮’是我国首台套φ14.93泥水气压平衡复合式盾构机,也是世界上技术最前沿的超大型盾构机之一。”作为中交天和副总经理兼总工程师,同时也是该公司超大直径盾构机技术的主要负责人,周骏谈起“摩天轮”滔滔不绝,自豪之情溢于言表。据了解,这台盾构机不仅打破了直径12米级以上盾构机只有德国、日本企业能制造的神话,还开启了直径10米级以上盾构机的国产化进程。对周骏而言,作为国产超大盾构机第一个“吃螃蟹”的人,创新之路的压力和风险远远超出了预想。

  打破神话造国产“地龙”

  “盾构机就是我们平时所说的‘地龙’,地下隧道等城市交通建设都需要用到这样的设备。”对于盾构机的用途,周骏给出了形象的解释。长久以来,超大直径盾构机的关键技术一直被国外厂商垄断,我国此前尚无拥有自主知识产权的产品。

  为此,我国盾构机企业一直在进行探索,国产盾构机技术研发也不断实现关键性突破,部分盾构机产品也逐渐实现了国产化。得益于本土产品成本价格等优势,像中交天和一样具有自主知识产权的直径6米级的盾构机,已占国内年新增市场的80%以上。

  然而,在跨江过海隧道中使用的超大型盾构机仍由日本和欧洲制造商提供。“这些设备价格昂贵,国家为此每年要花费数十亿费用,而且产品一旦出现故障还得找外国人搬救兵。”周骏坦言,这种超大断面隧道掘进机的制造,一直都是我国的“软肋”,而能否设计制造出这种重大工程装备,也成为衡量一个国家的工业水平高低的标志之一,具有重要的国家战略意义。

  几年前,契机出现了。2011年,中国交建集团中标南京纬三路过江隧道工程,它是我国地质条件最复杂、施工风险最大、技术难题最多、挑战最大的盾构隧道工程。“这一工程的难度非常大,因为隧道设计为双向八车道,有5层楼那么高,隧道施工中的水压也是国内隧道施工中最高水压,同时,穿越的区间也是有‘世界级地质博物馆’之称的复合地层。”在周骏看来,这条过江隧道就像个“重症疑难杂症患者”,齐集了隧道施工难度之最。

  使用什么样的盾构机来挖掘?面对这样的一个超级工程,摆在专家面前的首要问题就是,国际上还没有一台可以成功应用于此类复杂地质的超大断面隧道掘进机。“像这样复杂的隧道工程,必须要有‘量身定制’的超级盾构机。”周骏表示。

  在工程的盾构机选型阶段,几乎所有的专家都认为,出于安全考虑,要选用欧洲品牌的盾构机。不过,这次中交集团决定打破只有特定国家才可以制造满足要求的盾构机的神话。“我们决定自己为超级工程定制一个超级盾构机。”

  可是打破神话并非易事,回想起之前种种,周骏仍觉得“心有余悸”。当南京纬三路过江通道项目决定采用国内自主研制的超大型隧道掘进机时,行业里各种反对和质疑声扑面而来。

  攻坚克难 “天和号”问世

  2010年,中国交建集团整合旗下盾构机研发、设计、施工人才和资源,成立了专门制造盾构机的中交天和机械设备制造有限公司,开始专门研发南京纬三路过江隧道用超大直径盾构机。

  作为超大直径盾构研发带头人的周骏着手对预期的各项技术难题展开攻关。经过近一年的不懈努力,该项目的总体方案和大部分详图完成。不过,要制造这个造价高达3.5亿的超级装备,除了前期的研发难题,接踵而至的难题也时刻考验着周骏团队。“我们不仅要解决技术问题,还面临着制造工艺、数十万的零部件的安装、多系统联合调试等等问题。”

  周骏告诉记者,当时技术研发团队吃住在公司,天天工作到凌晨是常态。他甚至下了“攻坚令”,如果有员工实在支撑不下去,可以选择离开。中交天和机械设备制造有限公司技术研发中心主任杨辉回忆说,当时技术研发团队前前后后修改的图纸铺天盖地堆满整个研发办公室,技术研发团队虽然面对的很多设计都是第一次,研发设计难度极高,有的关键部修改就达到60多次。最终设计确认完成后的图纸达6700多张,叠放在一起有几米高。

  科研是一项细致的工作,“差之毫厘,失之千里”。周骏告诉记者,比如研制刀盘伸缩机构时,为保证滑动面的滑动轴承密封安装,约9米直径的圆周在长度2米范围内的加工精度误差为1毫米,而这一要求,现有的加工设备难以做到。经过反复试验,团队创造性地设计出在滑动轴承内加垫片的方法,调整滑动轴承与滑动面的误差,使其能够达到需要的精度。

  一个超级装备的问世,需要各方面配套装备设施,这又是周骏团队面临的头疼问题。“例如管片同步施工搬运系统,它是集起重、液压震动、同步控制于一体的高端设备,当时国际上只有欧洲一家企业能制造,不过,他们不卖给我们。”怎么办?周骏带领研发团队自主开发减震管片抓取搬运装置,仅仅这一项装备的改进,就节约费用近千万元。

  国外厂家制造这样一个盾构机一般需要24个月,当这个只花费14个月制作出来的“摩天轮”矗立在眼前时,周骏欣慰地发现,自己的团队里没有一个人离开,更没有人诉苦。

  不妨给创新 试错空间

  为什么不采用欧洲某品牌盾构?中交天和能造成超大直径盾构机吗?国产的超大型盾构机能用吗?如果国产盾构机质量有问题,隧道被水淹了怎么办……周骏坦言,第一个吃螃蟹的人,承受的压力和阻力是旁人难以想象的,在一些重大项目上开展创新,要面临不可预估的风险和质疑。

  “只许成功,不许失败的思想在很多人脑海中还是根深蒂固。”在周骏看来,这种想法在某种程度上成了大多数科技创新工作者创新之路的“拦路虎”。“超大直径盾构机一直以来被国外品牌垄断着,而大型工程的施工建设上要求的创新也不是小打小闹,出于安全和可靠性的考虑,各方往往会依赖那些看似技术成熟的国外品牌,对国产品牌持有天然的不信任感。”在这样的环境中开展创新,原本的创新空间就有限,还不能有任何的差错,这就使得创新难上加难。

  周骏呼吁说,重大科研项目的创新,不能只是企业的一厢情愿,政府也需要在资金、人才等方面给予大力支持,要用政策“撑腰”,给科技创新一定的“试错”空间。

  “‘天和号’的研制使用成功,除了实现技术上重大突破外,更具有里程碑意义,证明了国产大型装备也很可靠,并不比国际知名品牌的差。”周骏告诉记者,最近公司自主研制的12.12米盾构机将作为国产盾构首次应用于孟加拉国公路隧道项目,实现“一带一路”建设中国造。目前公司产品已成功进入日本、新加坡和孟加拉国等海外市场。