“萬花尺”，向城市地下深處掘進

一手按住大齒輪，讓它緊貼紙上，一手把筆尖插進小齒輪的孔裏，讓小齒輪緊貼大齒輪內壁滾動，筆尖就會在紙上畫出許多美麗複雜的曲線花紋……這是很多人熟悉的童年玩具——萬花尺。

重工領域也有一把“萬花尺”，用它在地下“作畫”，可有效拓展城市立體空間。

近日，科技日報記者在中信重工掘進裝備研究所採訪時獲悉，由中信重工集團（以下簡稱中信重工）自主研發製造的直徑14米豎井掘進機成套裝備，已於今年7月在河南駐馬店順利完成超大直徑豎井掘進施工首戰，並即將在江蘇昆山開闢“第二戰場”。

該所所長苗軍克告訴記者，這套裝備採用世界首創的包絡成型掘進技術，以類似“萬花尺”的原理作業。

從“無”到“有”

近年來，隨著我國城市化進程加快，土地資源日漸稀缺，城市空間需求矛盾越來越突出。面對“停車難”等困擾市民的問題，該怎樣向城市要空間？

“小切口，深挖掘”——中信重工給出了這樣的答案。

在研發豎井掘進機成套裝備之初，中信重工團隊考慮的最主要應用場景就是地下井筒式車庫。井筒式車庫像一口深井，佔地面積小，但深度能達百米，既節省空間，又能提升城市運作效率。除此之外，豎井掘進機成套裝備還可廣泛應用於城市地鐵豎井、深隧豎井、地下物流豎井、儲油儲糧豎井等場景，代表了未來城市空間的利用發展趨勢。

此前，國內在深井掘進技術方面存在明顯短板。傳統豎井掘進機體積大且不便運輸，安裝週期長，無法滿足城市豎井快速施工需求；而人工挖掘深度淺，安全性差，且效率低、成本高，施工粉塵也會加劇城市污染。

某國外公司的VSM掘進機首次進入中國，施工全程對外保密，設備配件只換不修，一台二手設備的價格超過7000萬元。

關鍵核心技術受制於人是苗軍克的一塊“心病”，也是國內重工行業共同的“痛點”。2018年，中信重工率先在國內組建城市地下空間豎井掘進機研發團隊，苗軍克成為團隊帶頭人。

“我們的技術攻關不是從1.0到1.1，而是從0到1，從‘無’到‘有’。”回憶起研發歷程，中信重工掘進及海工裝備研究所副所長胡國輝深有感觸地説，“國外的技術原理成熟，但已有專利，我們要蹚出一條屬於中國人的城市地下空間豎井掘進新路，就要另辟蹊徑，尋找別的辦法。”

包絡成型掘進技術，就是團隊想出的好辦法。

從“全”到“半”

“形象地説，包絡成型掘進技術就像是‘萬花尺’。”苗軍克向記者介紹，“‘萬花尺’通過內外兩個齒輪的自轉加公轉，可以畫出很密集、很漂亮的圖形；我們以刀具做筆、土地做紙，‘6支筆’同時作畫，通過精密的設計和計算，就能共同畫出一個整面的大圓形。”

“筆”在“作畫”，機器持續向下推進，城市深井挖掘就這樣成為可能。

紙上作畫簡單，地上作畫卻難。6個“萬花尺”一起工作，既自轉，又公轉，該如何排兵布陣，使其完美配合？

一開始，團隊設計了全回轉公轉驅動系統，然而在建模計算時卻發現，全回轉設計不僅成本高昂，而且難度大、風險高。評估之後，團隊決定推翻此前的設計方案，“調整陣法”，改為半回轉公轉驅動。

從“全”到“半”，看似容易，實則艱辛。大機器部件眾多，牽一髮而動全身。對參數逐一修正，對軌跡逐一調整，對零部件逐一審核，從調整到建模測試，從測試到再調整……僅這一項改動，團隊就花了兩個月時間。

即使在各項方案都確定後，團隊遇到的問題也並未減少。

“最開始時，我們設計的始發井是5米深，但挖深基坑論證實施比較難，客戶要求我們進行‘壓降’。”苗軍克説，所謂“壓降”，就是讓設備變“矮”。可設備不是彈簧，想讓它變“矮”，就得重新調整設備結構。之前計算的數據、定好的參數都要重新壓縮，組裝空間、拆卸空間的方案都需要重新制定。這一改，團隊又忙了一個月。

2020年底，由中信重工研發的第一台多刀盤包絡成型豎井掘進機成套裝備正式下線。“進去挖是機器，吐出來是幹渣”，該設備廣泛適用於軟土、卵石、軟岩等地層，具有自主智慧財産權，主要性能參數均居世界前列。

“這是我們引以為傲的科研成果。我們用它在大地上作畫，把美麗畫進城市深處。”苗軍克説。

從“大”到“小”

重型裝備，不僅要“大”，當“小”時更要能“小”。

把裝備做“小”，是城市豎井掘進技術攻關的關鍵，也是多刀盤包絡成型豎井掘進機成套裝備的核心所在。在這一點上，團隊下足了“繡花功夫”。

“接到研發任務之初，每一個月我們就會組織一次專家評審，專家們對最新成果提出指導意見，我們拿回去重新修改、設計、論證，一個月後再開會‘交作業’。”苗軍克説。

目前，中信重工已擁有Φ6.5米級、Φ14米級、Φ23米級包絡成型豎井掘進機成套裝備，具備成井直徑覆蓋6—24米的技術和製造能力。

回憶起研發歷程，苗軍克感慨萬千。當時，團隊成員幾乎是在“跑步研發”，每人每天至少要比平常多幹兩個小時，週末只休息一天。大家都鉚足了勁兒，一定要早日攻克城市深井掘進難題。

是什麼樣的理念支撐了團隊勇挑重擔？

“往大處説，人民對美好生活的嚮往就是我們的奮鬥目標。黨的二十大報告提出，要推進新型工業化，加快建設製造強國，這為我們科研工作者指明瞭方向，也為原創性引領性科技攻關提供了動力。作為中國重型裝備領軍企業，我們有義務為實現高水準科技自立自強扛起更多擔當。”苗軍克説，“往小處説，做好眼前的事，設計好每一個零件、每一根管線，腳踏實地搞科研，認真對待每一天，就是我們科研人員能作的小小貢獻。”

正是無數個這樣的“小小貢獻”聚流成海，數不清的“大國重器”才從中涌出，匯成新時代的澎湃巨浪。