盾構及掘進技術國家重點實驗室於2010年1月6日由國家科技部批准，依託中鐵隧道集團有限公司建設，原實驗室建於河南省新鄉市人民西路，新建於鄭州市高新技術產業開發區科學大道99號。
基本介紹
- 中文名：盾構及掘進技術國家重點實驗室
- 成立時間：2010年1月6日
- 法人代表：郭大煥
- 研究方向：系統集成與控制技術等
- 榮譽：隧道掘進機實驗室”等
- 地址：鄭州高新技術產業開發區科學大道
簡要概況,研究領域,研究目標,榮譽成就,通過論證,973 計畫,
簡要概況
中文名稱：盾構及掘進技術國家重點實驗室（中鐵隧道集團有限公司）
英文名稱：State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology（China Railway Tunnel Group Co.,Ltd.）
盾構及掘進技術國家重點實驗室於2010年1月6日由國家科技部批准，依託中鐵隧道集團有限公司建設，法人代表為郭大煥董事長。原實驗室建於河南省新鄉市人民西路；盾構及掘進技術國家重點實驗室在原實驗室已有基礎上，新建於鄭州市高新技術產業開發區科學大道99號。實驗室學術委員會主任為中國工程院院士錢七虎；實驗室主任為中鐵隧道集團有限公司總工程師、中原學者洪開榮博士，實驗室常務副主任為教授級高工陳饋。
實驗室實行理事會領導下的實驗室主任負責制，實驗室運行與管理採用“以理事會為決策層、依託單位中鐵隧道集團有限公司為管理層、重點實驗室為執行層”的模式，理事長為中國中鐵股份有限公司總裁白中仁，常務副理事長為中鐵中鐵股份有限公司副總裁、總工程師劉輝。
實驗室設立了三個主要研究方向：（1）刀盤刀具技術。針對不同的地質狀況和工程環境條件，對刀盤結構型式和刀具的結構及布置，進行“量體裁衣”的設計，建立刀盤刀具自動建模系統，研製相應實驗平台和數字動態仿真系統；建立刀盤、刀具設計理論；建立刀具檢測試驗中心；制定刀盤、刀具設計與製造的行業標準。（2）系統集成與控制技術。形成具有自主智慧財產權的整機集成與控制的設計理論；研發盾構故障遠程線上自動診斷系統。（3）盾構施工控制技術。研究盾構掘進模擬試驗平台，建立盾構施工信息化管理系統，為盾構工程提供技術諮詢、技術指導和技術服務。圍繞上述研究內容，實驗室建立了刀具綜合檢測、岩機作用、岩石電液伺服、3D測量、電液控制、盾構自動化集成、機械設計及數值運算、施工數據分析、盾構掘進全過程模態實驗、虛擬現實技術、岩石成分分析等十一個實驗系統。
2012年11月22日通過國家科技部的建設驗收，同時是科技部批准建設的第二批依託轉制院所和企業國家重點實驗室中首家通過驗收的企業國家重點實驗室。
研究領域
實驗室圍繞盾構的地質適應性及盾構掘進的快速、安全、文明的目標開展相關技術研究。通過對盾構技術領域發展趨勢和狀況的分析，結合本實驗室已有工作基礎，並根據2010年9月21日的專家論證意見，從構建盾構及掘進技術研究的有機整體和發展國產盾構急需的前沿技術、共性技術和關鍵技術出發，針對行業所需，對研究方向進行了進一步凝鍊，將原來初定的“刀盤刀具地質適應性技術、施工控制技術、渣土改良與環流技術、主驅動與傳動技術、系統集成與控制技術”等5個研究方向凝鍊為以下3個研究方向：
1、刀盤刀具技術
刀盤刀具技術是盾構的核心技術之一，我國地域廣闊，地質差異大，且長大隧道多，需要針對不同的地層地質狀況和工程環境條件，對刀盤結構型式和刀具的結構及布置，進行“量體裁衣”的設計。
在該方向上建立刀盤刀具自動建模系統，研製出相應的實驗平台和數字動態仿真系統；建立刀盤、刀具設計理論；建立刀具檢測試驗中心；制定刀盤、刀具設計與製造的國家或行業標準。
刀盤刀具技術研究的重點是：①刀具與岩體相互作用的理論；②刀盤刀具受力特徵、負載模型以及刀盤結構設計理論與數位化仿真。
2、盾構施工控制技術
盾構施工控制技術能夠集中反映盾構裝備技術的先進性，它既是盾構裝備技術創新的原動力，又是盾構裝備技術推廣套用的催化劑；我國正處於城市化發展高速階段，基本建設正處於方興未艾時期，如何在這一社會發展階段，既能搞好基本建設，又能很好地保護好環境至關重要。比如在的城市地下工程的建設中，如何確保市政基礎設施和地面建築的安全凸顯重要，如何減少隧道施工對土體擾動及控制地表變形已成為盾構施工的關鍵。
該方向上，實驗室將充分發揮中鐵隧道集團盾構施工現場優勢，通過盾構施工從實踐到理論、再從理論到實踐的反覆探索，逐步形成了一套針對國內具體地質條件的盾構裝備設計理論、模擬試驗方法和系統的經驗數據，為盾構裝備的技術創新提供基礎。通過實際掘進，積累經驗數據，以促進盾構地質適應性設計理論的建立並儘快形成較科學較合理的與真實掘進最接近的模擬掘進試驗方法。
該方向上，要重點研究盾構掘進模擬試驗平台（註：本試驗平台研究工作量較大，預計需3～5年才能完成），建立盾構施工信息化管理系統，為重點盾構工程提供技術諮詢、技術指導和技術服務。
盾構施工控制技術研究重點是：①盾構施工力學行為分析與隧道結構設計理論；②地層變形自動監測與預測及其自動反饋盾構聯動控制；③盾構工程資料庫的建立與套用系統。
3、系統集成與控制技術
盾構裝備的各子系統如何最佳化及如何良好地管理和控制子系統，並集成為協調的整體和高效率運轉的整機非常關鍵。
該研究方向要形成具有自主智慧財產權的整機集成與控制的設計理論；研發出盾構故障遠程線上自動診斷系統。
系統集成與控制技術研究重點是：①整機集成與控制技術；②遠程診斷技術；③原有盾構控制系統檢測試驗平台的功能完善。
研究目標
實驗室以中鐵隧道集團有限公司為依託，以國家重點盾構隧道工程為實踐，聯合國內外相關企業、大學和科研院所，面向國家戰略需求和學科發展前沿，立足盾構及掘進技術的套用基礎研究，建立和拓展“盾構產學研用聯盟”， 通過產學研用聯盟解決盾構自主設計的前沿技術、共性技術和關鍵技術；在消化吸收國外最先進盾構及掘進技術的基礎上，結合我國的工程地質特點進行技術創新，從而構築盾構及掘進技術研究平台，並輻射全國的盾構製造廠家、相關高等院校、研究院所和盾構施工企業，促進盾構裝備製造業和盾構施工技術的發展，實現自主智慧財產權，促進盾構技術成果的產業化，形成具有自主產權的盾構成套裝備關鍵技術及盾構套用的技術產業，為國家盾構產業提供強有力的技術支撐和服務，打造盾構及掘進技術領域的技術創新、人才培養和學術交流的基地，實現我國盾構製造裝備業的重大突破和盾構產業化的目標。
實驗室建設將以高起點、高水平、高目標的總體思路為指導，緊密結合盾構及掘進技術發展的實際需求，秉承“結合背景開展套用基礎理論研究，結合實際工程重大需求形成關鍵技術”的研究理念，致力於盾構及掘進技術方面具有創新性的套用基礎理論研究，建成國家級的盾構技術研究、開發與製造的綜合性創新平台，加強前沿、共性及關鍵技術研究，在硬體設施、人才隊伍、科學管理、開放合作等方面加大工作力度，提高實驗室的綜合實力，保持行業領先並達到國際先進水平，在我國盾構領域研究上形成鮮明特色並在國內處於不可替代地位，成為國內外在該研究領域有重大影響的套用基礎研究、高技術創新集成和高水平人才培養的基地。
通過國家重點實驗室的建設，建立起我國盾構及掘進技術的創新平台。使實驗室在刀盤刀具技術、系統集成與控制技術等方面由現有的國內領先水平達到國際先進水平，在盾構施工控制技術方面由現有的國際先進水平達到國際領先水平。
通過國家重點實驗室的建設，建立盾構產業技術創新戰略聯，實現盾構產業化，使實驗室在盾構及掘進技術研究方面成為本領域的領頭羊，在技術上相對於國外盾構研發單位及盾構施工套用單位形成競爭優勢。通過中國中鐵工程總公司的國際化大平台，發揮全球化的優勢，實現走向國際的目標。
榮譽成就
中鐵隧道集團有限公司不僅是國內盾構施工最大建築企業，也是國家科技部和國家財政部重點扶持的製造裝備企業之一。實驗室從2002年開始建設，在科技部的支持下，於2006年建成了國內第一個隧道掘進機實驗室，開發了具有自主智慧財產權的盾構研發試驗平台。2009年經河南省科技廳批准為“河南省盾構及掘進技術重點實驗室”。
實驗室擁有由國家863計畫資助建立的國內第一個“隧道掘進機實驗室”、擁有“河南省盾構及掘進技術重點實驗室”及“隧道掘進機專業委員會”，實驗室擁有“隧道設備研究院”；合作單位浙江大學擁有“流體傳動及控制國家重點實驗室”，中國鐵路工程總公司及北京交通大學擁有“隧道及地下工程試驗研究中心”、“隧道與地下工程實驗室”，洛陽軸承研究所擁有“國家軸承質量監督檢驗中心”、“ 機械工業高速精密軸承工程研究中心”、 “軍品軸承技術開發中心”、“全國滾動軸承標準化技術委員會”、“中國軸承工業協會技術委員會”。
實驗室在刀盤刀具設計、複合盾構研製、泡沫系統研製、刀盤變頻驅動系統研製等方面取得了一批較高水平的原創性研究成果，形成了鮮明的研究特色，總體上具備了組建國家重點實驗室的條件。經過多年建設，實驗室擁有一支在國內外學術界有較大影響的學術梯隊，一批較先進的現代化儀器設備、較完善的研發試驗平台，形成了鮮明的研究特色，現已成為盾構及掘進技術領域高水平科學研究、人才培養和高新技術開發的基地。
本實驗室長期從事盾構裝備及掘進技術的研究和技術開發工作。近年來，共有351項科研成果通過企業或省部級等科技主管部門評審、鑑定和驗收，其中國際領先水平2項，國際先進水平32項，國內領先水平63項，國內先進水平51項。獲國家科技進步獎10項（含特等獎1項）、獲“中聯重科杯”華廈建設科學技術獎2項、省部級科技進步獎76項。
在盾構技術領域獲得國家發明專利9項，實用新型專利16項，形成了一批具有自主智慧財產權的科研成果。實驗室負責我國盾構技術領域的國家標準和行業標準的編制工作，近3年制定盾構技術國家標準1項，行業標準2項，企業標準5項；並且這些成果在盾構製造和隧道建設過程中得到了較好的套用。
近五年承擔的重大科研項目：
（1）“軟硬不均地層複雜環境隧道複合盾構的研究及掘進技術”，獲2006年度國家科技進步二等獎。
（2）“鐵路隧道防排水施工工藝和檢測技術研究”，鐵道部2005年科研項目，2007已通過鐵道部驗收；
（3）“高原特長鐵路隧道快速施工機械設備配套技術研究” 鐵道部2005年科研項目，2007已通過鐵道部驗收；
（4）“渝懷線圓梁山隧道關鍵技術的試驗研究”，鐵道部科研項目，該課題2007年度獲河南省科技進步一等獎，2008年獲鐵道學會科技進步一等獎；
（5）“獅子洋水下隧道複合盾構掘進與對接技術研究”，鐵道部科研項目，課題正在進行中，已完成部分階段性研究成果，形成階段性總結報告；
（6）“複雜地質環境下北京地下直徑線施工綜合技術研究”，鐵道部科研項目，課題正在進行中，已完成部分階段性研究成果；
（7）“南水北調工程若干關鍵技術研究與套用（西線超長隧洞掘進機施工關鍵技術問題研究）”，國家“十一五”科技支撐計畫項目，2008年簽訂契約，課題正在進行中。
2019年4月，榮獲“全國五一勞動獎狀”。
通過論證
2010年9月21日，科技部基礎司組織專家對“盾構及掘進技術國家重點實驗室”建設計畫進行了可行性論證。依託我集團公司建設的“盾構及掘進技術國家重點實驗室”順利通過論證，獲準建設。科技部基礎研究司廖小罕副司長、周文能處長、任家榮博士，科技部基礎研究管理中心郭哲主任和河南省科技廳趙琛廳長、王占波處長、楊夢琳副處長、杜學勇科長等參加了會議。中鐵隧道集團公司總經理張繼奎、總工程師洪開榮、副總經理兼中鐵隧道裝備公司董事長李建斌，中鐵隧道裝備製造公司總經理韓亞麗等參加了會議。
由中國工程院院士錢七虎、王夢恕及多名全國知名專家、教授組成的專家組聽取了集團公司關於實驗室建設的計畫匯報，對實驗室建設場地、中鐵裝備公司盾構車間進行了實地考察。經過現場溝通和交流，專家組對我集團公司引領國內盾構及掘進技術領域發展的行業地位表示肯定，對我集團公司在推動國家盾構及掘進技術產業發展方面取得的成就表示認可。認為實驗室建設目標明確、計畫合理可行、措施得當，一致同意通過該重點實驗室的建設計畫。
專家組認為，盾構及掘進技術國家重點實驗室提出了刀盤刀具地質適應性技術、渣土改良與環流技術、主驅動與傳動技術、系統集成與控制技術等五個主要研究方向，開展前沿、共性、重大關鍵技術研究，致力於解決制約我國盾構裝備製造業的重大瓶頸技術，提高盾構的自主設計能力和地質適應性，促進國產盾構整體技術升級和成果轉化，實現自主智慧財產權和盾構產業一體化的戰略目標。實驗室特色優勢明顯、名稱合理、建設目標明確，符合國家重大需求和產業發展方向。
專家組指出，中鐵隧道集團公司盾構及掘進技術國家重點實驗室組織機構合理，研究團隊具備較強的創新能力。人才培養與引進的措施具體可行，隊伍總體規劃基本合理。實驗室建立了盾構控制系統試驗、部件檢測和液壓試驗等平台，已具備初步的實驗研究和科研條件，科研環境良好。實驗室提出的基地建設計畫比較合理。實驗室建立了相對完善的管理辦法和規章制度，在對外開放、交流與合作方面有良好的基礎。在推動產學研用結合、面向行業開放服務、增強技術輻射能力等方面制定了可行的措施。
集團公司總經理張繼奎表示，中鐵隧道集團公司在培養學科帶頭人、技術精英等方面做出了一定成績，但前進的道路還很長。我們有信心、有能力承建好盾構及掘進技術國家重點實驗室，發揮好我們在隧道及地下工程領域的領先技術優勢，在推動國家盾構及掘進技術產業發展方面做出新的更大的貢獻。
973 計畫
電液控制系統是盾構的核心，電液控制技術是盾構的核心技術。德、日、美等已開發國家在盾構電液控制系統理論和技術方面長期處於壟斷地位，我國尚未形成系統的設計理論和方法，電液控制系統主要元器件長期依賴進口，己成為制約我國盾構技術發展的主要瓶頸技術之一。該課題將從基礎理論、設計方法、支撐技術三個層面，對刀盤電液驅動理論和方法、推進系統協調控制理論和方法、節能控制理論和方法、電液系統性能測試方法和技術進行研究，將著力解決突變載荷順應性、系統協調可控性及控制可靠性等基礎科學問題，為盾構電液系統設計製造的關鍵技術創新提供理論與方法，從而使我國盾構電液系統的控制理論和技術躋身於世界前列。該課題的實施，將有力推進實驗室的建設，為實驗室開展行業套用基礎研究、發展共性關鍵技術、增強技術輻射能力、推動產學研相結合發揮重要的作用。
