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中建交通盾构机整机再制造技术推动行业“绿色”升级

来源:交通界
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摘要:

盾构机整机再制造涉及机械、电气、液压等多个领域的检测、再制造,需要形成完整的再制造产业链集群和技术支撑体系。中建交通结合国内地层、施工环境的特点,根据对多机型、多次盾构机升级改造的经验,开展了盾构机整机再制造关键技术研究工作。通过扩径改造、“中建二号”再制造全面提升盾构机的性能,且通过再制造后盾构在项目施工过程中的应用实践,证明再制造盾构的优异性能,确保了国有资产的保值和增值。

背景:

2015年我国发布《中国制造2025》,明确提出了“大力发展再制造产业,实施高端再制造、智能再制造、在役再制造,推进产品认定,促进再制造产业持续健康发展”的战略任务。盾构机作为地铁、隧道建设的重要工具,盾构机再制造已经成为 “十三五”期间我国推动绿色制造和循环经济、推动盾构全面国产化的重点工作之一。再制造是一种高科技含量、高度产业化的修复技术,对我国完善高端设备产业链、发展绿色循环经济、打造制造业竞争新优势具有重要意义。

国内外实践表明,再制造产品的性能和质量均能达到甚至超过原品,而成本却只有新机的1/3甚至1/4,节能达到60%以上,节材70%以上。据不完全统计,目前国内盾构机的总量超过1500台,其中至少有20%接近或者已经达到使用寿命,通过对盾构机整机再制造,提升其性能指标,具有巨大的经济效益和环境效益。

“中建二号”再制造盾构机下线仪式

▲“中建二号”再制造盾构机下线仪式

责任行动

国外技术垄断、行业迫切发展需求,中建交通整合资源,联合北京盾构工程协会、装备再制造国防科技重点实验室等单位,依托既有的盾构专业团队和多年的地铁项目实践,发扬精益求精的工匠精神,仅仅3个月便完成“中建二号”盾构机再制造任务。结合中建交通盾构机维修、升级改造的经验,盾构机再制造可分为恢复性再制造、升级性再制造两类。整个再制造过程分为实物状态勘验、部件拆解清洗状态确认、制定再制造方案、再制造与验收、整机组装调试、整机的性能指标验收,项目实地检验共7个步骤。

 设备改造情况简介

“中建二号”购于2004年,已服役13年,基本达到掘进里程上限,部件存在不同程度破损和老化,无法投入施工。2016年底,中建交通邀请专家对盾构再制造进行可行性论证,正式启动再制造工作。为提升盾构机再制造后的地层适应性及先进性,中建交通对盾构机的主轴承、减速机、泵阀、液压油缸、刀盘、螺旋输送机等关键部件进行了再制造,成功应用了表面镀层再制造技术、表面涂层再制造技术、表面覆层再制造技术等再制造技术,确保了关键部件的技术指标,同时通过对注浆系统、泡沫系统、通风系统的升级改造,进一步提升了辅助系统的保障能力,最终确保了整台盾构的性能达到新机的性能指标。

刀盘再制造

▲刀盘再制造

据不完全统计,目前国内现有开挖6米隧道管片的盾构机占总量的80%以上,而近两年来以天津、武汉、徐州、郑州等地区轨道交通规模的不断提升,6.2米隧道管片盾构机需求量的不断增加,为了解决6米管片盾构机闲置而6.2米盾构机缺乏的问题,盾构机变径升级再制造成为了最有效的途径。通过变径升级再制造,将6米隧道管片盾构机升级改造成6.2米隧道管片盾构机或其他尺寸的盾构。主要是保留原尺寸的壳体,将关键部件取出,装在新尺寸的壳体上,极大的提高了设备的通用性和互换性。目前中建交通已经成功改造完成两台盾构,在项目的施工性能良好,运行稳定,其中第三台正在改造中。

再制造主驱动安装

▲再制造主驱动安装

盾构机整体再制造关键技术在节能创效方面的应用

中建交通在国内首家突破盾构机整体再造技术,且在项目的实际施中工创造日、月最高纪录,以项目的实践证明了再制造盾构的优异性能。盾构机再制造过程也是循环经济和绿色制造过程,完全符合循环经济减量化(reduce)、再使用(reuse)、再循环(recycle)的“3R”原则。

盾构机整机再制造关键技术主要包含:

盾构整机再制造评估标准和体系的建立。主要通过对历史保养、维修数据的整理分析借助试验检测手段对盾构的各系统、部件进行分析,确定再制造方案。

盾构机再制造关键技术。主要通过对一台服役年限超过13年、性能指标严重下降的盾构应用再制造修理尺寸法、附加零件恢复法(镶套修理法)、表面覆层与表面镀层相结合的再制造技术、表面涂层再制造技术、表面覆层再制造技术对盾构机刀盘、主轴承、油缸类、泵阀等关键部件进行恢复性再制造,通过对同步注浆、泡沫系统进行升级性再制造,最终整机性能超过原机性能指标。

盾构扩径再制造工作。主要通过对3台盾构机利用原有的动力和执行单元,重新配置增大的壳体、刀盘,满足不同尺寸的掘进需求。

再制造盾构机在实际项目中的应用效果

“中建二号”再制造盾构

“中建二号”再制造盾构机于2017年5月投入到长春地铁2号线BT08标段盾构区间施工,区间长度974m,地层主要以细砂、中粗砂、全风化泥岩为主。自5月1日始发,至7月13日洞,共掘进 74天,平均掘进13米/天(含始发与到达段);月最高掘进449环(538.8米),创造了长春乃至东北地区地铁盾构月掘进最高纪录。该台盾构掘进过程中参数为:推进速度50-87mm/min,推力1000t左右,刀盘扭矩2300KN.m,在整个项目运行过程中参数非常合理。盾构机在整个区间过程中的故障率时间占比为2.4%,配件及消耗性材料均较低。在再制造的部件和系统上故障率几乎为零。

左线出洞摇旗

▲左线出洞摇旗

扩径升级再制造盾构机

“中建四号”盾构自2016年投入徐州地铁施工,目前已经顺利贯通两个区间累计掘进长度2200米。该设备整体运行平稳,得到各方的一致好评。尤其是在主驱动密封位的再制造不仅极大的提高密封的安全性,更有效降低了施工成本。另一台盾构在郑州地铁项目已经始发。

盾构机整体再制造经济效益与社会效益分析

经济效益及计算依据〔单位: 万元(人民币)〕

再制造盾构节省采购资金

与“中建二号”同等配置的盾构机按照2400万元进行估算,“中建二号”盾构再制造费用约700万元,仅占新机的价值的1/3,按照再制造寿命为原来掘进长度一半计算,价值为原值一半1200万元计算,每台再制造盾构节约500万元,中建交通目前已经再制造完成3台,第4台正在再制造中,累计降低采购费用2000万元。随后续再制造盾构数量的增多,降低采购成本进一步扩大。

过程中能耗、材料消耗降低成本

对比之前施工电费,每延米降低400元;泡沫、注浆材料因对相应的系统升级,消耗量减少,每延米降低300元,即每延米降低能耗700元,按照每台设备掘进3公里计算,每台设备可节约210万元,4台盾构累计降低成本840万元。

综上所述4台盾构累计可产生经济效益为2840万元。

社会效益

盾构机再制造与再制造技术相辅相成:将成熟的再制造技术应用到盾构机再制造领域,不仅可以扩大再制造技术应用的领域,解决盾构机再制造的技术瓶颈,反之对促进再制造技术的发展亦具有重要意义;

盾构机再制造对部件国产化促进:通过再制造在重点领域的关键技术方面的研究,带动盾构部件的国产化试验和开发工作,加速推进盾构的全面国产化;亦可通过国产化,优化设备性能和配置,提高设备适应性;

行业引领作用:探索再制造模式,促进盾构机再制造业有序、健康、快速发展;

盾构国产化水平:通过再制造在重点领域的关键技术方面的研究,带动盾构部件的国产化试验和开发工作,加速推进盾构的全面国产化;

提升设备的适应性:通过再制造,优化设备性能和配置,提高设备适应性。

履责成效

国内外实践表明,再制造产品的性能和质量均能达到甚至超过原品,而成本却只有新品的1/3甚至1/4,节能达到60%以上,节材70%以上。再制造后的盾构分别在徐州、长春进行施工,其中在长春创造了单日掘进26环、单月掘进449环的好成绩,创造了长春乃至东北地区的掘进新纪录国内应用成绩,且节省电费300元/米。 采购一台该配置的新盾构机约2400万元,整机再制造的费用不足新机的四分之一,单台盾构可节省钢材300余吨,按标准煤计可节煤近400吨,可减少400万立方米废气排放,烟尘80吨。按照每年1500台盾构中有20%达到或者接近使用寿命,按照以每年15%的比例进行再制造,每年再制造的数量为45台盾构机,每年节钢、节煤、减少有害气体的排放均以万吨计,经济效益和环保效益非常可观。

结语

中建交通在国内首家突破盾构机整体再造技术,且在项目的实际施工创造日、月最高纪录,以项目的实践证明了再制造盾构的优异性能。获得各家媒体、行业专家、工信部的高度评价。盾构机作为大型工程机械,如果不进行再制造轻易报废,将是巨大的成本浪费,同时也可能造成一定的环境污染。目前中国盾构机行业已从“外购”到“中国制造”稳步发展,未来将朝着“中国智造”的方向发展。未来随着国家、行业主导进行 “旧机回收制度”、“再制造产品认证制度”等相关行业标准及制度的不断完善,将推动盾构再制造良性发展,为施工企业降低成本,减少采购量,为国家节约大量资源,减少浪费,符合国家绿色循环经济的发展需要。(中建交通)

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