隧道神器進駐尼泊爾 硬質合金將大顯身手

這些日子，中國的“一帶一路”又有了新的進展，一條消息登上了各大媒體：

北京時間9月7日，中國外交部長王毅同來訪的尼泊爾副總理兼外長馬哈拉會談後表示，雙方已同意就中尼跨境鐵路積極開展專案勘察、設計、可行性研究、人才培訓等合作，爭取儘快讓這一設想變成現實，以造福兩國和兩國人民。

隨後尼方進行了跟進報導。“好消息，中尼跨境鐵路已經進入研究設計階段。”9月12日，尼泊爾網路媒體“尼泊爾日常”發佈了這條簡短資訊。“跨越喜馬拉雅山的鐵路終於要動工了！”在尼泊爾主流媒體《共和國報》網站上，關於中尼鐵路的最新消息，標題簡潔得只有兩個詞：“Good Vibes”（關係融洽），卻完美概括了中尼合作的精髓。

幹得漂亮，據說莫迪聽聞此消息便再次不“蛋定”了。9月19日，印度宣佈要向與尼泊爾和不丹的邊境地區“增派情報部隊”，增兵部隊稱號SSB——這名字念著怎麼那麼怪呢，阿三，你們的部隊番號名字能不能不要這麼好聽啊？

不過讓小編感興趣的是，逢山開路遇水搭橋的中國人要怎樣讓鐵路穿越喜馬拉雅山呢，這可是在“世界之脊的屋頂”修隧道啊。當然山再高它還是山嘛，有“基建狂魔”之稱的中國工程隊什麼大場面沒見過。那麼問題來了，“開山打洞哪家強？”，說到這~~~，小編就要說一說的我國的“隧道作弊神器”硬岩掘進機了。

據9月6日消息稱，中國在尼泊爾巴瑞巴貝引水隧道工程項目所用的“隧道神器”TBM已運抵尼泊爾，此次進入尼泊爾的TBM其直徑為5.06米，總價值高達7千萬元人民幣，產於上海，具有掘進速度快、適合較長隧道施工的特點，這只是中國工程隊的小試牛刀，穿越喜馬拉雅山一定還有更大的手筆。

硬岩掘進機又稱全斷面雙護盾隧道掘進機，縮寫為TBM，是專門用在開鑿隧道的大型盾構機。該機具有一次開挖完成隧道的特色，從開挖、推進、撐開全由該機具完成，開挖速度是傳統鑽爆法的5倍。然而該機具完全無法模組化，只能依照開挖隧道的直徑訂作，因此價格不菲。

TBM作為國之重器，卻一度被國外壟斷，1996年，第一台TBM從德國引進，被用於秦嶺鐵路隧道的施工，這台進口TBM價格為3.8億元，但因水土不服屢出狀況，連號稱作風嚴謹的德國人最後都被它氣得不行，當起了甩手掌櫃任其自生自滅。以當時的物價水準去計算3.8億，有多貴可想而知，國人捨不得只能自己修，卻也堅定了中國製造的決心，在研究和維修過程中國人逐漸積累了盾構機的製造技術。

2011年，中國鐵建十八局集團攜手中國鐵建重工集團、浙江大學、中南大學、天津大學等單位開始研發國產TBM。 2014年12月27日，我國首台自產TBM“長春號”下線。 從此，國產TBM成為了“基建狂魔開山打洞的外掛”，有了硬岩據進機這一神器，高山、大海再也阻止不了中國工程隊在世界建築史上的各種“神操作”。

硬岩掘進機前端有一處巨大的可旋轉刀盤，它是設備的關鍵部位，刀盤結構有輪輻式刀盤、面板式刀盤、複合式刀盤，刀盤上分佈有許多盤形滾刀，設備開啟後，在主推油缸的作用下，刀盤最大推力可以達到9000千牛，掘進滾刀在推力下"削石如泥"地推進，那麼又是什麼東西能讓滾刀這麼硬呢？不逞多讓，就是碳化鎢。

碳化鎢是優秀的耐高溫耐磨材料，也是硬質合金的主要原材料之一，碳化鎢高硬度、高耐磨性、高強度及極高的正向彈性模量使它成為刀盤滾刀的標配秘方。盾構機的滾刀是依地質岩層條件不同而量身定制，不同的地層採用不同類型的刀具，一般按照破岩機理將盾構機刀具分為滾壓破岩刀具、切削破岩刀具和輔助刀具，材質從碳鋼、鎳鋼到硬質合金都有。碳化鎢的應用方案也不外乎兩種，一種是在鋼刀表面堆焊碳化鎢塗層，用於處理軟石類的砂岩、矽岩和灰岩等，另一種是硬質合金球齒滾刀，專門用來破碎硬岩類的花崗岩、石英岩和玄武岩等。岩層越硬，硬質合金刀的設置佈局也就越講究。

TBM的刀盤結構複雜，非三言兩語能說清，因此本文僅介紹TBM的刀盤刀具，前面已經介紹過，TBM刀盤刀具主要有滾壓破岩刀具、切削破岩刀具和輔助刀具。

滾壓破岩刀是刀盤的主體刀，一般可分為齒形滾刀和盤形滾刀。常見的齒形滾刀有楔齒滾刀和球齒滾刀，楔齒滾刀主要用於軟岩隧道掘進，其主材為鋼，通過堆焊碳化鎢以加強耐磨性能，球齒滾刀主要用於硬岩掘進，其主材為就是碳化鎢基硬質合金球齒。對於較麻煩的硬岩地質結構，就得盤形滾刀出馬了，盤形滾刀其結構包括刀體、刀圈、心軸和軸承，滾刀尺寸和材質依岩層不同而加強，所用刀具必須是硬質合金。

切削破岩刀具是刀盤的先鋒刀，一般可分為先行刀和切刀兩種，安裝於刀盤開口槽的兩側，先行刀是最先接觸岩層的刀具。在工作中，先行刀在切刀接觸到地層之前，特別是硬度較大的地層，將土體進行分割成塊，為切刀切削土體提供良好的切削條件，從而對切刀起保護作用；切刀則是在盾構機推進刀盤前進的同時，在刀盤的旋轉帶動下對固結土壤產生徑向力和軸向力，通過刀刃及刀頭插入土壤進行切削。目前切削效果最好的先行刀和切刀是雙層的耐磨設計，其材質非硬質合金不行，這種設計的特點是在刀齒上配有雙層的碳化鎢基硬質合金，當第一排刀齒磨損後，第二排刀齒可替代第一排刀齒繼續工作。

輔助刀具是刀盤的掃尾刀，就是負責掃尾工作。主要有刮刀和仿形刀兩種。刮刀又稱鏟刀，安裝於刀盤的邊緣上，一方面可以保證隧道的開挖直徑，清除隧道邊緣上淤積和渣土，另一方面可以防止刀盤邊緣受到磨損。為提高刮刀的耐磨性，一般會將一個雙排的碳鎢合金柱齒和一排連續的碳鎢合金齒佈置於刮刀的表面上，仿形刀與刮刀一樣，也安裝於盾構機刀盤的邊緣上，在施工過程中通過液壓控制其伸縮運動，以保證仿形刀的開挖深度和超挖位置，另外仿形刀的存在便於盾構機在隧道掘進中轉彎、曲線前進或對方向糾偏。

從上述內容可以看出，在硬岩掘進機中，不管是鋼基刀具還是硬質合金刀具，碳化鎢材料都有不可替代的作用。小編從主流媒體的相關報導中發現，TBM的刀盤滾刀大部分實現了國產，作為一套動則幾千萬的大型設備，在人類穿越喜馬拉雅山這樣的浩大的工程中能發揮重要的作用，這也標起著中國製造的進步。一套刀具的用量及替換量都是驚人的。過往，我們只能用國外昂貴的刀具，將高額的鎢資源附加值拱手讓人，而如今刀具實現了國產並且進步很快，這也意味著我們硬質合金行業正努力將寶貴的鎢資源體現其應有的價值，這也契合了我國硬質合金行業正逐步往工具配套、精加工的方向發展，這不由得讓人稱贊。

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