為世界隧涵建設(shè)提供中國(guó)動(dòng)力

本刊記者 / 付有祥

七月，在1300多公里長(zhǎng)的從烏魯木齊到尉犁、依吞布拉克到若羌，再到五個(gè)末子一線，到處都是一派車水馬龍、熱火朝天的景象。又一條連接新疆南北疆的高速大通道烏尉高速正在加緊建設(shè)中。這一切之中最驚心動(dòng)魄的，是在巍峨的天山山間和山下的天山勝利隧道里。作為整個(gè)烏尉高速公路的“咽喉”工程，天山勝利隧道橫穿天山，海拔高度3200米，最大埋深1112.2米，全長(zhǎng)22.035公里，建設(shè)工期六年，總投資約708億元，建成后將是目前世界最長(zhǎng)的高速公路隧道。

天山勝利隧道的掘進(jìn)和建設(shè)，是要在高寒、高海拔地質(zhì)條件以及高環(huán)保要求下經(jīng)受大斷層破碎帶、軟巖變形、巖爆、高地震烈度、高地應(yīng)力等一系列世界性難題的挑戰(zhàn)。但這樣的大工程，中國(guó)敢干，能干！天山勝利隧道前期工程以兩臺(tái)新型TBM盾構(gòu)機(jī)分別由進(jìn)口端和出口端相向?qū)蚺c一臺(tái)新型TBM盾構(gòu)機(jī)自隧道上下掘的方式進(jìn)行。三臺(tái)盾構(gòu)中天山號(hào)開(kāi)挖斷面直徑8.43米，全長(zhǎng)282米，重約2000噸，勝利號(hào)開(kāi)挖直徑8.43米，全長(zhǎng)282米，重約2900噸，都是針對(duì)隧道掘進(jìn)地質(zhì)特點(diǎn)量身定制。首創(chuàng)號(hào)開(kāi)挖直徑11.4米，主機(jī)長(zhǎng)約24米，重約1100噸，系世界首創(chuàng)超大直徑硬巖豎向掘進(jìn)機(jī)。隧道采用國(guó)內(nèi)高速公路隧道施工首次應(yīng)用的“3洞+4豎井”施工方案，首創(chuàng)號(hào)專門為隧道2號(hào)豎井工程施工研發(fā)。2號(hào)豎井深達(dá)800米，是目前世界上最深的高速公路豎井，工程完工后也將是世界首個(gè)一次開(kāi)挖成型的超大直徑硬巖大深度豎井。

事實(shí)上這僅是中國(guó)盾構(gòu)機(jī)在全球許多重大建設(shè)工程中發(fā)揮巨大威力情形的一個(gè)縮影。

盾構(gòu)機(jī)從其1818年由法國(guó)工程師M.I.布律內(nèi)爾發(fā)明到現(xiàn)在，僅204年的歷史。發(fā)展演變到今天的現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)，已早是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，研發(fā)生產(chǎn)涉及地質(zhì)、機(jī)械、力學(xué)、液壓、控制、測(cè)量等多門學(xué)科技術(shù)，集光、電、傳感以及信息技術(shù)于一體的高新技術(shù)工程機(jī)械。

然而現(xiàn)在中國(guó)是全球盾構(gòu)機(jī)研發(fā)制造能力最強(qiáng)，水平最高，年產(chǎn)量和保有量最大的國(guó)家。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)外盾構(gòu)機(jī)的主要制造商有18 家,集中在日本和歐美,如日本的三菱重工、川崎重工,德國(guó)的海瑞克,美國(guó)的羅賓斯,意大利的賽里，法國(guó)NFM等。而在中國(guó)，至目前，盾構(gòu)機(jī)研發(fā)制造企業(yè)已發(fā)展到了至少50多家，中鐵裝備、鐵建重工、中交天和、徐工集團(tuán)、北方重工、上海隧道工程股份、成都南車隧道裝備以及三一重工、山河智能、徐工等名響世界。中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)和市場(chǎng)規(guī)模前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)是，中國(guó)2017年、2018年、2019年和2020年四年的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)總數(shù)分別是561臺(tái)、580臺(tái)、640臺(tái)和655臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到92.66億元、90.82億元、92.15億元和121.59億元，中國(guó)自己研制的盾構(gòu)機(jī)在為中國(guó)自己掘出一條又一條令世界驚嘆的奇跡一般的全球最長(zhǎng)、最大、最美、最奇絕的隧道，為中國(guó)的大基建涂上了一筆又一筆濃墨重彩的同時(shí)，也昂首走向世界，開(kāi)始以一種強(qiáng)大的力量改變世界基建面貌，成為全球銷量最大的盾構(gòu)機(jī)供應(yīng)國(guó)，占據(jù)著2/3以上的全球市場(chǎng)，許多令國(guó)外業(yè)界瞠目的盾構(gòu)領(lǐng)先技術(shù)都出自中國(guó)。

事實(shí)是中國(guó)從1953年才開(kāi)始采用盾構(gòu)進(jìn)行隧道修建，晚了國(guó)外128年。在2000年前的好長(zhǎng)時(shí)間里，在盾構(gòu)機(jī)領(lǐng)域，中國(guó)所用，基本上都是要么進(jìn)口，要么主要部件進(jìn)口，國(guó)內(nèi)工廠拼裝組合，核心技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外技術(shù)壟斷。

責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，激發(fā)著著中國(guó)建設(shè)者們的報(bào)國(guó)之心和昂揚(yáng)斗志！

國(guó)家決定在較短時(shí)間內(nèi)完成盾構(gòu)國(guó)產(chǎn)化。2001年，“土壓平衡盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研制”被列入“863計(jì)劃”項(xiàng)目。隨之，中國(guó)中鐵在河南新鄉(xiāng)組建了盾構(gòu)研發(fā)項(xiàng)目部，一支由18位技術(shù)骨干組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，“盾構(gòu)夢(mèng)之隊(duì)”，入部開(kāi)始盾構(gòu)研發(fā)。

而同時(shí)，上海隧道工程股份有限公司、北方重工集團(tuán)等的一些國(guó)內(nèi)制造企業(yè)也行動(dòng)起來(lái)。

中國(guó)盾構(gòu)研發(fā)的道路由是打開(kāi)，中國(guó)基建開(kāi)啟了新征程。

2003年，中鐵盾構(gòu)研發(fā)項(xiàng)目部建起盾構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)，并列入863計(jì)劃。2004年10月，上海隧道工程股份有限公司推出第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“先行號(hào)”地鐵土壓平衡盾構(gòu)樣機(jī)，終結(jié)中國(guó)不能生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的歷史。2006年，中鐵盾構(gòu)研發(fā)項(xiàng)目部自主研發(fā)出國(guó)內(nèi)直徑最大、控制點(diǎn)最多、功能最齊全，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。2006年底，“先行2號(hào)”盾構(gòu)在滬制造安裝完成并正式下線。這款盾構(gòu)的研發(fā)制造過(guò)程中，上海隧道工程股份在刀盤驅(qū)動(dòng)、遙控拼裝機(jī)、螺旋機(jī)等七大關(guān)鍵技術(shù)上取得創(chuàng)新，達(dá)到同類設(shè)備國(guó)際先進(jìn)水平，盾構(gòu)機(jī)取得22臺(tái)訂單，先后應(yīng)用于上海、南京、杭州等地軌道交通工程，首次實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)地鐵盾構(gòu)批量生產(chǎn)。2007年，北方重工集團(tuán)兼并了法國(guó)NFM公司，直接占據(jù)盾構(gòu)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域高起點(diǎn)。2008年4月，由中鐵盾構(gòu)研發(fā)項(xiàng)目部成長(zhǎng)為中鐵隧道集團(tuán)隧道設(shè)備制造公司即中鐵裝備牽頭研制的復(fù)合盾構(gòu)“中國(guó)中鐵1號(hào)”下線，成功地實(shí)現(xiàn)從“造中國(guó)人自己的盾構(gòu)”跨越到“造中國(guó)最好的盾構(gòu)”夢(mèng)想。2009年這一年，3月，北方重工集團(tuán)斬獲39臺(tái)全斷面掘進(jìn)機(jī)合同。同年的9月9日，直徑為11.22m，上海隧道股份的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大直徑泥水盾構(gòu)“進(jìn)越號(hào)”處女作上海打浦路復(fù)線隧道的順利貫通，從設(shè)計(jì)研發(fā)到制造施工共形成國(guó)家發(fā)明專利12項(xiàng)、實(shí)用新型專利1項(xiàng)、計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)4項(xiàng)，榮獲2010年中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)金獎(jiǎng)第一名。而且，在這一系列之中，2009年，中鐵裝備自主研制的符合國(guó)際BS標(biāo)準(zhǔn)的Φ6.64m鉸接式復(fù)合土壓平衡盾構(gòu)銷往新加坡，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)打入國(guó)外市場(chǎng)的先河。

就是那般，中國(guó)盾構(gòu)人，以非凡的努力，在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，一鼓作氣將中國(guó)推入了具備大直徑泥水盾構(gòu)自主設(shè)計(jì)、制造和施工技術(shù)的盾構(gòu)大國(guó)行列。2010年，中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)年產(chǎn)量達(dá)到50余臺(tái)，在其時(shí)的全國(guó)大基建市場(chǎng)中占有率，已是超出了60%，且這一年下線的“開(kāi)路先鋒19號(hào)”土壓平衡盾構(gòu)機(jī)以高達(dá)87%的國(guó)產(chǎn)化率，讓原本均價(jià)在1.5億元左右的“洋盾構(gòu)”，立即在中國(guó)被迫降價(jià)30%。

2011年2 月，上海隧道股份在新加坡C926地鐵項(xiàng)目的市場(chǎng)公開(kāi)競(jìng)標(biāo)中一舉“挫敗”德國(guó)海瑞克等8家國(guó)外知名廠商再斬獲6臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)訂單，創(chuàng)下中國(guó)首個(gè)盾構(gòu)批量出口記錄。

2012年3月,中交天和研發(fā)制造刀盤直徑達(dá)到14.93 米的泥水氣壓平衡復(fù)合式隧道掘進(jìn)機(jī)＂天和號(hào)＂試車。此機(jī)為時(shí)世界最大泥水氣壓平衡式隧道掘進(jìn)機(jī)，且在挖掘高難度的硬巖層和粘土復(fù)合層及實(shí)現(xiàn)泥水氣壓平衡要求等關(guān)鍵技術(shù)難題上實(shí)現(xiàn)了一系列重大突破。其刀盤配置刀具最多可達(dá)717個(gè)，標(biāo)志著中國(guó)復(fù)雜隧道建設(shè)裝備技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

2012年12月，中鐵科工集團(tuán)軌道交通裝備公司造直徑6.66米漢產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)發(fā)往印度新德里。

元?jiǎng)幼鲉卧鳛閿?shù)控機(jī)床的基本組成單元，其故障模式多種多樣，而且不同的故障模式對(duì)整機(jī)功能的影響也有所不同，將故障影響、經(jīng)濟(jì)損失、檢測(cè)難度和維修難度作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本文將元?jiǎng)幼鲉卧墓收夏Ｊ椒殖?個(gè)等級(jí)：關(guān)鍵故障、主要故障和次要故障。

2013年8月，北方重工成功拿到澳大利亞悉尼4臺(tái)直徑7.01米雙護(hù)盾硬巖掘進(jìn)機(jī)供貨合同。

2014年1月，中鐵裝備成功收購(gòu)掌握世界TBM技術(shù)和生產(chǎn)能力三大企業(yè)之一的德國(guó)維爾特公司硬巖掘進(jìn)機(jī)知識(shí)產(chǎn)權(quán)及品牌使用權(quán)后，在德國(guó)成立中鐵克瑞格公司。

2014年10月，三三工業(yè)收購(gòu)卡特彼勒加拿大隧道設(shè)備有限公司，完成“蛇吞象”并購(gòu)，一躍成為在隧道掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)域內(nèi)全球三巨頭之一。11月，其Φ3.9m復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)出口土耳其。其為中國(guó)首臺(tái)出口海外小直徑土壓盾構(gòu)機(jī)。

2015年10月，中鐵裝備與以色列簽訂一次性出口以色列6臺(tái)大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)合同簽訂。

2016年3月，中鐵裝備首臺(tái)矩形盾構(gòu)出口海外始發(fā)，英國(guó)最大的行業(yè)周刊《新土木工程師》刊發(fā)題為《變形—東海岸矩形TBM》作詳盡介紹。這一年，中鐵裝備向新加坡提供10余臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。

2016年7月17日，中鐵裝備造世界首創(chuàng)“馬蹄形”盾構(gòu)成功下線。此機(jī)盾體采用梭式結(jié)構(gòu)，刀盤采用九個(gè)小刀盤同組成一個(gè)馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式,九個(gè)刀盤既可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，也可單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)、任意組合轉(zhuǎn)動(dòng)和不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，首創(chuàng)全球隧道新型開(kāi)挖模式。

2016年12月，由上海隧道工程公司聯(lián)合寧波軌道交通集團(tuán)、上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位歷時(shí)三年聯(lián)合設(shè)計(jì)研發(fā)研發(fā)的世界最大類矩形全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)“陽(yáng)明號(hào)”通過(guò)由多位院士和業(yè)內(nèi)權(quán)威專家組成的專家組項(xiàng)目驗(yàn)收。這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)打破傳統(tǒng)圓形設(shè)計(jì)思路，采用類矩形設(shè)計(jì)，解決了兩臺(tái)單圓盾構(gòu)機(jī)同時(shí)作業(yè)造成的地下空間浪費(fèi)、容易入侵周邊建筑基礎(chǔ)，一臺(tái)雙圓盾構(gòu)機(jī)作業(yè)容易導(dǎo)致沉降控制能力不足的問(wèn)題，是中國(guó)隧道工程裝備領(lǐng)域的重大突破，至目前全球依只上海隧道工程一家公司掌握這一技術(shù)。

2017年7月，中國(guó)鐵建一次5臺(tái)盾構(gòu)機(jī)首次出口俄羅斯。這是中國(guó)盾構(gòu)機(jī)首次打入歐洲市場(chǎng)，緊接著，土耳其、丹麥、意大利、法國(guó)、澳大利亞、印度等，總計(jì)數(shù)十個(gè)國(guó)家和地區(qū)的城市軌道、引水工程等基建項(xiàng)目進(jìn)用中國(guó)盾構(gòu)機(jī)。

2019年12月，中鐵工程裝備集團(tuán)為盾構(gòu)機(jī)發(fā)明國(guó)法國(guó)采買用于巴黎地鐵16號(hào)線建設(shè)而研發(fā)制造的兩臺(tái)大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)下線。

就是如此，中國(guó)盾構(gòu)與中國(guó)建設(shè)同振共進(jìn)，并堅(jiān)持國(guó)際化發(fā)展戰(zhàn)略，緊跟國(guó)家“一帶一路”倡議，在全面滿足了隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展?jié)u成長(zhǎng)為全球最大的盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)的中國(guó)自己市場(chǎng)的同時(shí)，昂首走向世界，為世界軌道交通建設(shè)提供了中國(guó)裝備、中國(guó)方案、中國(guó)智慧。2013年、2014年、2015年、2016年、2017年、2018年和2019年七年，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率分別是81.7%、89.6%、93.1%、95.9%、99.9%、98.5%和96.2%；進(jìn)口數(shù)分別是30臺(tái)、13臺(tái)、11臺(tái)、4臺(tái)、5臺(tái)、9臺(tái)和22臺(tái)，而出口數(shù)分別達(dá)到90臺(tái)、59臺(tái)、58臺(tái)、66臺(tái)、130臺(tái)、127臺(tái)和160臺(tái)。中國(guó)盾構(gòu)，在全球強(qiáng)勢(shì)逆襲，遠(yuǎn)銷海外，同中國(guó)高鐵等一樣，成為一張“制造名片”。

從2020年開(kāi)始，世界經(jīng)濟(jì)在新冠疫情來(lái)襲以及其他不確定復(fù)雜因素增加的情況下，中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)研發(fā)制造卻是逆勢(shì)上揚(yáng)，

2020年9月，由鐵建重工、中鐵十四局集團(tuán)聯(lián)合研制的“京華號(hào)”超大直徑盾構(gòu)機(jī)下線。該機(jī)整機(jī)長(zhǎng)150米，總重量4300噸，最大開(kāi)挖直徑達(dá)16.07米，成為中國(guó)迄今研制的最大直徑盾構(gòu)機(jī)，填補(bǔ)了超大直徑泥水盾構(gòu)隧道同步雙液注漿技術(shù)空白。

2020年9月29日，具有里程碑意義的中國(guó)中鐵自主研制第1000臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的Φ8.64m的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)粵海14號(hào)下線。

2021年10月，中鐵工程裝備的盾構(gòu)機(jī)專利數(shù)達(dá)到1044個(gè)，位居全球首位。

2021年12月，中鐵裝備集團(tuán)自主研制的世界首臺(tái)全斷面硬巖豎井掘進(jìn)機(jī)“中鐵599號(hào)”在浙江寧海實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人掘進(jìn)成功，創(chuàng)全球豎井掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)域新時(shí)代。

2022年4月，中國(guó)出口海外直徑最大，總裝機(jī)容量9000千瓦，總重2500噸，長(zhǎng)270米，代表著世界先進(jìn)水平的敞開(kāi)式TBM盾構(gòu)機(jī)經(jīng)中交天和建設(shè)者歷時(shí)三個(gè)月的組裝調(diào)試，在馬來(lái)西亞?wèn)|海岸鐵路項(xiàng)目順利始發(fā)。

天山上的風(fēng)在吹。和靜縣烏拉斯臺(tái)查汗村不遠(yuǎn)處的綠色山野間馬頭琴聲在伴奏著世上最美的贊歌。天山勝利隧道內(nèi)，隧道外的山谷間，隆隆機(jī)聲浮升至高空中，給天鷹的翅膀負(fù)了，飛向遠(yuǎn)方。2022年1月5日，出口端服務(wù)隧道掘進(jìn)完成45%施工任務(wù)。6月7日，隧道中導(dǎo)洞累計(jì)掘進(jìn)11194.37米。就是如此，三年多時(shí)間去，奮戰(zhàn)在天山勝利隧道的各建設(shè)團(tuán)隊(duì)緊緊圍繞TBM掘進(jìn)機(jī)科學(xué)組織施工，統(tǒng)籌推進(jìn)安全、質(zhì)量、環(huán)保，大力開(kāi)展科技攻關(guān)，不斷優(yōu)化施工工藝，成功穿越多個(gè)斷層破碎帶，攻克多項(xiàng)世界級(jí)難題，創(chuàng)下隧道日進(jìn)尺30.15米、月進(jìn)尺500.2米施工紀(jì)錄。

天山勝利隧道預(yù)計(jì)2025年建成通車。目前，建設(shè)團(tuán)隊(duì)正在以一種“缺氧不缺精神”的斗志和“交融天下、建者無(wú)疆”的精神，向著12000米的新目標(biāo)進(jìn)軍！