穿山打隧 铿锵突进
——探访中铁建设全球首台能爬陡坡的大直径硬岩掘进机“永宁号”
“一个地方、一个企业，要突破发展瓶颈、解决深层次矛盾和问题，根本出路在于创新，关键要靠科技力量。”
2014年5月10日，在中铁工程装备集团有限公司盾构总装车间考察时，******指出：“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。”
盾构机，即全断面隧道掘进机，被誉为“钢铁穿山甲”，是开挖隧道的利器。钻山入地，穿江过海，近年来，国产盾构机穿梭在大江南北的工程现场，助力一个个高难度项目顺利完工。
近日，记者赶赴河南郑州市，探访由中国中铁工业旗下中铁装备集团研发的全球首台能爬陡坡的大直径硬岩掘进机“永宁号”。从“直来直去”到“能爬陡坡”，国产盾构机经历了哪些升级？攻克了哪些技术难关？记者进行了采访。
向“爬山虎”学习
装上8条“腿”，122米长、1500吨重的“大家伙”也能爬陡坡
千吨重的盾构机如何爬上39度的斜坡？从郑州市区驱车3小时，记者来到河南洛宁抽水蓄能电站一探究竟。
抽水蓄能电站，在电力负荷低谷时，利用电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期，再放水至下水库发电。洛宁项目中，“永宁号”要开挖的便是连接上下水库的引水斜井，起点海拔500米，终点海拔1050米。
由于斜井藏于山体中间，工人们只能从山体外侧先开挖先导隧道，才能到达斜井起点。去年12月初，货车载着“永宁号”的部件，驶入4公里长的先导隧道。到达起点、组装完毕后，“永宁号”开始仰起39度角向上掘进。6个月过去，它已掘进265米，建成一段宽7米、倾角约36度的斜井。
沿着工字钢焊接而成的台阶一步步往上爬，20多分钟后，记者一行到达“永宁号”底部。在这里，“永宁号”总设计师于庆增介绍了它爬坡的关键诀窍——学习“爬山虎”。
“隧道施工时，倾角越大，盾构机越易下滑，这是个世界性难题。”于庆增说，此前国外企业只尝试过建造直径4米的小吨位爬坡盾构机。而“永宁号”直径7.23米，长122米，自重1500吨，如何做到在斜坡上不往下滑？
从爬山虎的生长中，设计团队得到启发。他们为“永宁号”设计了4组8条“腿”，每条“腿”配备两只“脚”。8条“腿”精妙配合，轮流前进。
光会爬坡并不够，“永宁号”还需定制一套用于斜井隧道的渣石处理系统。盾构机水平掘进时，只需用铲斗将渣石铲入皮带机即可运出隧道。但当盾构机斜着向上掘进时，渣石不仅会砸到设备，还可能在传送带上加速滚落，造成碎石飞溅，风险极大。
怎么办？设计团队决定，在盾构机里设计一个专门通道，再配上减速装置，将渣石安全运到斜井底部后，再由卡车运出。他们不断优化模型，一步步摸准花岗岩渣石在40度倾角情形下的跌落规律。经过上百次试验，终于找到了最优的溜槽截面尺寸、高宽比例、厚度材质。
能掘进、能爬坡、能出渣，靠电力驱动的“永宁号”还要应对停电等突发情况。
一旦停电，普通盾构机只是“趴窝”，无法正常工作，而爬坡盾构机却可能整体下坠、造成安全危险。为此，设计团队研发了双重防溜车系统，还为盾构机设置了安全闸门，防止断电情况下渣石掉落。
2022年8月正式下线，2022年9月完成测试，2022年12月进场，2023年1月开挖。进入洛宁项目施工以来，“永宁号”表现不俗：最快时，一天可掘进7米；遇到断层破碎带，一天可掘进5米……“相比传统的爆破施工法，‘永宁号’的效率提升了近一倍。”于庆增很是自豪。
确保一次成功
盾构机的研发没有样机，只要下线就得投入施工，必须保证100%成功
盾构机往往身形庞大、成本高昂，因此行业一直遵循一个原则：样机即正品，试用即施工。即使是创新产品，也只能生产一台。一旦出厂，就要正式投入使用。
设计、制造、调试、安装、使用……每一步都无可借鉴，“永宁号”如何做到“一次成功”？在中国中铁装备集团深入采访，记者找到了答案。
求真——没机会进行整机测试，就努力创造条件，模拟真实工况进行核心部件实验。
在中铁装备总装车间一侧，有一个直径7米、深20米的大基坑。可别小瞧这个基坑，光改造费用就花费上百万元，只为模拟出“永宁号”的运行工况。
“一种全新的结构设计，只靠软件模拟、小样测试远远不够，必须保证100%安全。”中铁装备总工程师贾连辉说，防溜结构核心部件制作完成后