走近大国重器丨探访全球首台掘爆机“翔龙号”
从侧面看掘爆机“翔龙号”。中铁科工供图
掘爆机“翔龙号”在制造基地接受试验调试。中铁科工供图
开展掘爆机工法试验时，技术人员在清洗断面。中铁科工供图
掘爆机“翔龙号”拼装现场。 中铁科工供图
重要论述
◎现代制造业离不开科技赋能，要大力加强技术攻关，走自主创新的发展路子。
◎努力实现优势领域、共性技术、关键技术的重大突破，推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变。
上天有神舟，下海有蛟龙，追风有高铁，入地有盾构。作为“入地”利器，盾构机（即使用盾构法的隧道掘进机）是开发地下空间的核心装备，也是衡量一个国家装备制造业水平和能力高低的关键，被称为“工程机械之王”。
20多年前，我国盾构机制造领域几乎还是一片空白。如今，中国盾构建造技术已走在世界前列，并不断填补行业空白。
前不久，在湖北武汉江夏制造基地，我国盾构建造装备再次“上新”——由清华大学与中铁高新工业股份有限公司旗下中铁科工集团有限公司（以下简称“中铁科工”）联合研制、整机及核心零部件实现自主可控的全球首台掘爆机“翔龙号”下线。
掘爆机，顾名思义，既能掘进也能爆破，有机融合掘进机连续掘进、钻爆法宽地质适配优势，能实现掘爆协同，可谓“一机多能”。它的诞生，为复杂地质长大隧道施工提供了一个全新技术方案。
那么，这台填补了复杂地质隧道一体化施工装备领域空白、完善了我国地下工程高端装备产业链条的“大国重器”有何与众不同？设计建造者们如何将不同施工工法的优势融于一体？我们一起走近“翔龙号”，通过三个关键词来了解其背后的创新密码。
灵活：见招拆招，不同作业模式切换自如
不少人见到“翔龙号”，都会被它独特的刀盘吸引：传统盾构机通常是完整密实的圆形刀盘，而掘爆机“翔龙号”的刀盘形似“甜甜圈”——中间有个直径为1.2米的圆洞。
独特的设计，正是它得以灵活施展“身手”的关键。
据介绍，传统隧道施工大体有两种路线——钻爆法和掘进机法。钻爆法是通过钻孔、放药、精准爆破把岩体炸开，再经排烟、出渣、支护，如此往复循环，一点点往前挖；掘进机法则是通过机器的刀盘直接磨碎岩石连续向前掘进，无需使用炸药。打个比方，钻爆法像一位“大力士”，能扛能炸，什么地质都敢闯，但效率偏低、风险偏高；掘进机法则像一台“精密机床”，切削岩石又快又稳，适合地质相对稳定的长隧道，一旦遇上软岩大变形、强岩爆这样的“硬骨头”，就容易“撂挑子”。
“过去，使用掘进机法开挖隧道，如果碰到复杂地层，常常要停机、换设备，从隧道旁边再挖一个隧洞到掌子面附近，通过钻爆等方法啃下‘硬骨头’后再继续掘进，甚至废弃已开挖洞段，工期和成本都吃不消。”中铁科工掘爆机项目组负责人王承海说，这正是项目团队研发掘爆机的重要原因。
然而，钻爆法要“腾出空间来炸”，掘进机法要“顶着岩面去切”，如何解决两种工法之间看似“不可调和”的矛盾？答案就藏在“甜甜圈”状刀盘的巧思妙想之中——将传统圆形整体刀盘改为“空心刀盘+中心刀盘”的组合结构，并加装主机防爆筒，作为“安全头盔”专门抵挡爆破冲击波与碎石，保护设备安全。
依托空心刀盘与中心刀盘的协同配合，“翔龙号”能根据地质条件灵活切换“前爆后掘”“前掘后爆”“全断面掘进”不同作业模式。
“中间的洞如同一个‘应急出口’。”王承海进一步解释，“应急出口”开合之间，是掘爆机面对不同地质条件的“见招拆招”——地质条件较好、适合全断面掘进时，“应急出口”关闭，空心刀盘和中心刀盘合而为一，掘爆机“全速前进”；遇到极硬岩时，“应急出口”开启，钻爆设备从“应急出口”伸出机械臂在中心“破局”，进行预裂处理后，空心刀盘再稳步掘进；遇到软岩大变形等问题时，则先通过“应急出口”进行注浆加固、应急支护等作业，再关闭“应急出口”全断面开挖，从源头降低塌方、卡机等隐患，真正做到“软硬通吃、大小通吃”。
“一机多能”，减少了设备进场、转场、拆装周期，把宝贵时间一点点“抢”了回来。试验数据显示，经过超前预裂处理等作业，掘爆机在超硬岩地质条件下的掘进效率可提升约30%。
智能：给设备装上“眼睛”和“大脑”
“翔龙号”整机长约70米，开挖直径4.55米，近两层楼高，重约400吨。这一“庞然大物”能够灵活作业并切换不同施工模式，离不开一双明亮的“眼睛”和一颗聪明的“大脑”。
在刀盘后方不远处，有一个不到两平方米的空间，墙上、控制台上按钮遍布。这里便是“翔龙号”的“大脑”所在地——主控室，“眼睛”看到的景象、周身“神经”感知到的信息全部汇聚于此，相应地，设备运行的指令也是从此处下达，传导至各个部位，不同系统协调起来向前掘进。
“只有看得清、判得准，才能早预警、快处置。”据王承海介绍，“翔龙号”涉及十余个不同的系统、上万个零部件，让它们顺畅、协调地运转并不容易，“掘爆机又是一个从无到有的新生事物，没有成熟经验可循，唯有反复推演、多次验证。”
“看得清”是前提。据介绍，设备搭载的信息采集系统犹如一双明亮的“千里眼”，可“看清”前方地质环境，自动判断前方围岩好不好、风险高不高，一旦发现地质异常信号，便将信息传递至主控室，并及时发出风险预警、给出处置建议，操作手收到信号后及时作出应对、调整作业模式。不仅如此，设备周身还布设多组传感器，如同灵敏的“鼻子”持续监测有害气体浓度，一旦超标及时报警，为一线作业筑牢安全屏障。
“形成了一个‘看得见—判得准—早预警—快处置’的闭环，实现减人增效、安全施工和高质量掘进。”王承海说，掘进画面、相关数据既能在掘爆机内主控室实时监控，也能回传地面中控平台，操作手无论身处地下隧洞还是地面，都能实时掌握全机动态、精准把控掘进方向。
“智能”的每一步，都离不开科研人员的严谨与坚守。清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室总装备师李建斌透露，设备的每个新功能都要在实验室反复推演、多次验证，“宁可多试几百遍，也不把不成熟的方案带上工地。”一位参与研制的年轻工程师也感慨：“为了让装备更可靠，大家在实验室熬过无数个通宵。”在项目团队成员看来，装备可以赶进度，但质量与安全容不得半点侥幸——正是这份“慎之又慎”，造就了独一无二的“翔龙号”。
据清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室特聘研究员秦鹏翔介绍，项目团队目前正朝着自主智能掘进等方向持续攻关，“要让更多掘爆机从‘可用能用’迈向‘好用智用’，真正成为地下的‘智慧先锋’。”
绿色：边挖边“造”，渣土变骨料
绿色发展是高质量发展的底色，新质生产力本身就是绿色生产力。在推进地下工程高端装备创新创造过程中，“绿色”始终是项目团队的重要考量。
在“翔龙号”上，有一个从刀盘后方延伸至装备尾部的皮带分渣输送装置。据介绍，开挖出的岩体碎块经皮带筛分，符合条件的石料可以就地加工成工程骨料，用于工程本身的隧洞衬砌、支护，也可用作垫层、回填石料，供隧道配套构筑物使用。掘爆机连同配套处理单元俨然成了一座移动的“砂石加工厂”。
“长大隧道开挖动辄产生数十万立方米石渣，如果被当作废料装车外运，既要占用大片土地设置弃渣场，长途运输又容易产生扬尘、消耗燃油。挖出的石头如果能就地变身成工程骨料，不仅能减少渣土外运，省下运输成本、弃渣征地与建材采购费用，还能降低对沿线生态的扰动，可谓一举多得。”王承海说，项目团队自设计伊始，便秉持“循环利用、绿色建造”的思路，把这笔“账”算得明明白白。
“‘绿色’不是写在纸上的口号，而是藏在设计细节里的巧思。”据项目团队中的一名工程师介绍，除洞渣资源化利用外，他们还在石料破碎、转运关键点位设置抑尘装置，抑制粉尘扩散；对液压、润滑系统做密封优化，避免油污污染；统筹洞内废水收集，集中处理循环使用……
从更灵活、更智能到更绿色……这台掘爆机背后，是一群耐得住寂寞、守得住初心、敢想敢闯敢干的科技工作者。他们跳出国外固有思路，从底层逻辑重新定义地下工程装备，数年如一日扎根实验室与制造一线，用严谨务实、廉洁自律的作风，把蓝图变成现实。
眼下，这台掘爆机即将前往抽水蓄能电站项目接受实战考验。“就像看着自己的孩子长大远行。”王承海说，他对“翔龙号”充满信心，“期待它为大国基建写下新的注脚。”
研发团队的目光，已投向更远的未来。据了解，项目团队将依托工程现场实测数据持续优化迭代，推动这项世界首创技术迈向全面工程应用，广泛服务于交通、水利、能源等重大工程的复杂隧道施工。李建斌介绍，未来有望推广到更大断面，直径甚至可以做到15米、18米。这份底气，正是来自对科技自立自强的坚定信念，“核心技术和关键零部件只有掌握在自己手里，才不会受制于人，才能为推动我国由制造大国迈向制造强国贡献更大力量。”（通讯员 李夏）
监督护航丨以精准监督推动重大科技创新项目落地
前不久，由清华大学与中铁科工集团有限公司（以下简称“中铁科工”）联合研制的全球首台掘爆机——“翔龙号”成功下线。
“这一项目，不仅填补了多变地层隧道一体化施工装备领域空白，也为我们以精准监督推动重大科技创新项目落地积累了宝贵经验。”中铁高新工业股份有限公司（以下简称“中铁工业”）党委委员、纪委书记陈立峰表示。
2014年，习近平总书记考察中铁工业所属中铁工程装备集团有限公司时强调，“推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变”。
作为中铁工业核心成员企业、国家制造业单项冠军、国家技术创新示范企业，中铁科工牢记殷殷嘱托，在中国中铁、中铁工业党委坚强领导下、纪委监督保障下，坚持创新引领，积极打造原创技术策源地，以企业图强振兴的实际成效践行“三个转变”。
中铁工业主要领导挂帅帮扶中铁科工图强振兴工作，多次深入中铁科工开展调研指导。中铁工业纪委每年年初制定年度重点监督任务清单，并不定期深入中铁科工开展调研监督。在中铁工业纪委指导下，中铁科工纪委立足职能职责，聚焦重大科技创新项目攻关构建全链条监督体系，为重大科技创新项目落地清障护航。
据中铁科工纪委有关负责人介绍，他们坚持一个项目一个监督方案。以“翔龙号”掘爆机项目为例，中铁科工纪委重点围绕研发创造、质量提升、品牌打造三个维度开展监督。在研发创造方面，紧盯核心技术自主可控主线，将空心组合刀盘、超前处置模块、自适应伸缩尾盾等关键创新点纳入监督清单，全程跟进“政用产学研”协同创新机制运行，推动知识产权全链条布局。在质量提升方面，督促建立“反复推演、多次验证”的全过程质量管控机制，联合安全质量部门对主驱动系统、刀盘系统、推进系统等核心部件开展专项质量监督检查，推动质量责任贯通落实到研发设计、生产制造、调试验收各环节。在品牌打造方面，立足绿色建造理念落地与品牌价值提升，监督推动将岩柱破碎、洞渣资源化利用纳入技术方案，助力地下工程绿色低碳施工。下一步，还将围绕装备示范应用及优化迭代深化监督工作，让更多“中国创造”助力“穿山越海”。
“公司纪委目前已形成了针对重大项目的全过程监督机制，通过定期召开专题会商会议、组织开展专项监督等方式，推动各职能部门更好履职尽责，形成心往一处想、劲往一处使的干事创业氛围。”中铁科工纪委有关负责人介绍，同时聚焦招标采购等高风险环节修订完善廉洁风险防控手册，建立“发现问题—推动整改—完善制度—深化落实”的整改治理闭环。加强廉洁文化建设，通过举办廉洁党课、组织参观警示教育基地、开展家庭助廉等活动，引导公司党员、干部、职工知敬畏、存戒惧、守底线。
“我们将以更多‘中国创造’、更高‘中国质量’、更好‘中国品牌’，为制造强国、科技强国建设贡献力量。”中铁科工党委有关负责人表示。（通讯员 杨红霞）
中国企业新闻网摘编：亓淦玉 |
