國內(nèi)隧道工程中掘進用鑿巖設(shè)備市場及技術(shù)現(xiàn)狀

高占奮，王曉輝

（天水風(fēng)動機械有限公司，甘肅 天水 741020）

隧道掘進是交通、能源、水電水利、國防建設(shè)等設(shè)施工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。國內(nèi)交通隧道施工量占比很大，施工方法多樣、技術(shù)水平及要求高、地域條件差別大、使用設(shè)備種類多。

交通運輸部發(fā)布的2018年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計顯示， 截止2018年底， 中國公路里程484.65 萬千米，比2017年增加7.3 萬千米。2018年完成公路投資21335 億元， 比2017年增長0.7%。 “十二五”、“十三五”期間，年增加公路隧道長度1100 km 以上。中國是世界公路隧道個數(shù)最多，里程最長的國家。 截止2018年底，中國公路隧道里程17236 km， 較2017年增加1509 處，新增里程1951 km。

截止2020年底， 中國鐵路運營里程14.5 萬千米，鐵路隧道數(shù)16789 處，隧道長度19630 km?！笆濉?、“十三五”期間，分別建成鐵路隧道里程6038km、6592 km，年增加10%左右。

“十四五”期間，鐵路投資額度預(yù)計3.5 萬億元，重點是川藏鐵路、沿江沿海鐵路、西部陸海新通道等重大工程，以及“八縱八橫”主通道和五大城市群城際鐵路。 公路投資額度預(yù)計13.5 萬億元，重點是國家區(qū)域重大戰(zhàn)略涉及的公路新建和改擴建。

1 主要設(shè)備及特點

1.1 氣動鑿巖機

氣動鑿巖機的外形見圖1，大量用于鉆爆法進行隧道掘進。氣動鑿巖機結(jié)構(gòu)簡單、可靠，施工技術(shù)簡單、靈活，設(shè)備維護簡單，投資少，適用隧道斷面范圍很大，對工作面角度無要求，可多工作面同時施工，施工時占地小，對工地交通條件無要求。 不足之處是高效作業(yè)需多人多機，工作環(huán)境差，抗特殊地質(zhì)能力差，需要進行二次襯砌。多臺鑿巖機利用桁架同時鑿孔時的圖片見圖2。

圖1

圖2

1.2 鑿巖臺車

鑿巖臺車采用鉆爆法進行隧道掘進，臺車的外形見圖3。 鑿巖臺車施工技術(shù)簡單、靈活，適用隧道斷面范圍大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)備維護有一定的技術(shù)要求，投資較大、對工作面角度無要求，多個工作面可同時施工，施工占地小，對工地交通條件有要求，工作時噪音低，環(huán)境污染較小，抗特殊地質(zhì)能力差；需要進行二次襯砌，鑿巖臺車鉆鑿隧道的圖片見圖4。

圖3

圖4

1.3 隧道掘進機（TBM）

1997年隧道掘進機在西康鐵路秦嶺終南山隧道使用以來，經(jīng)過二十多年的不斷完善，已在特長隧道中使用。 隧道掘進機具有機械化程度高、工作環(huán)境好、作業(yè)人員少、安全性好、隧道成洞質(zhì)量高、抗不良地質(zhì)能力強的特點。 不足之處是投資很大、成本高，需按隧道斷面直徑訂制、制造周期長，對工地交通、場地條件有較高要求，需開一定長度的隧道或豎井，現(xiàn)場組裝需大型吊車等輔助設(shè)備， 對隧道長度在經(jīng)濟性上有較高要求，設(shè)備故障處置成本很高。 隧道掘進機的圖片見圖5，大型吊車組裝隧道掘進機時的圖片見圖6。

圖5

圖6

2 設(shè)備技術(shù)水平及市場現(xiàn)狀

2.1 氣動鑿巖機

中國的氣動鑿巖機生產(chǎn)制造起步于上世紀50年代，發(fā)展于70年代，壯大于本世紀初。 1972年根據(jù)一機部礦山工程機械局礦技字86 號“關(guān)于氣腿式鑿巖機減少種類，提高產(chǎn)品質(zhì)量等問題的函”及一九七二年全國鑿巖機械及風(fēng)動工具行業(yè)會議“關(guān)于氣腿式鑿巖機定型及有關(guān)問題的決定”，綜合用戶意見及1972年全國七個廠8 種氣腿式鑿巖機在北京大安山煤礦和南京梅山鐵礦對比試驗的結(jié)果， 定型出了7655、YT23、YT24、YTP26 等型氣腿式鑿巖機，在性能方面縮小了與國際水平的差距。 80年代開發(fā)定型YT27、YT28等型產(chǎn)品，通過十年持續(xù)改進，各項指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平。 特別是隧道掘進采用輔助整體桁架，多臺鑿巖機全斷面同時鉆孔，其重量輕、使用靈活的特點顯出了明顯的優(yōu)勢，成為國內(nèi)各礦山和隧道工程的主力機型。經(jīng)行業(yè)統(tǒng)計及市場調(diào)查抽樣分析得出的YT28、YT29A 型氣動鑿巖機的主要生產(chǎn)地區(qū)及市場占比見表1。 近年來，此類產(chǎn)品約占交通隧道工程市場份額90%以上。

表1

2.2 鑿巖臺車

八十年代，隨著國家礦山、重點工程的建設(shè)需要，金川公司、大瑤山鐵路隧道等國家重點工程，先后引進了瑞典阿特拉斯、山特維克、法國愛姆科以及日本古河等國家的多臂掘進鉆車。國內(nèi)行業(yè)廠家先后開始了液壓掘進鉆車和液壓鑿巖機的研制開發(fā)。 并與法國、瑞典等相關(guān)企業(yè)進行技術(shù)合作制造出相關(guān)產(chǎn)品，并通過了鑒定。 部分后進入鑿巖臺車行業(yè)的開拓者， 經(jīng)過大投入，已進入了隧道工程，但國內(nèi)產(chǎn)品與國際水平還有差距。 關(guān)鍵的液壓鑿巖機、液壓泵、液壓馬達、閥及內(nèi)燃機采用國外品牌，這意味著高價格。 鑿巖臺車主要生產(chǎn)地區(qū)有湖南長沙、河南新鄉(xiāng)、河北、江西、浙江、江蘇等地，現(xiàn)占交通隧道市場不到5%。

進入21 世紀， 隨著社會的進步及人民生活水平的不斷提高，人力成本的不斷升高，國內(nèi)液壓鉆車、 液壓錨桿機等全液壓鑿巖設(shè)備飛速發(fā)展。隨著科技進步，鑿巖技術(shù)有了較大的發(fā)展，電子技術(shù)、液壓技術(shù)、機械工程技術(shù)的成果廣泛應(yīng)用到液壓鉆車方面。 模塊化、多功能化、大型化、智能化、 高速鉆進化成了液壓鉆車的發(fā)展特點。目前國內(nèi)主要用于隧道掘進的主要有徐工、鑫通、鐵建重工、中鐵裝備等幾家廠商的多臂全液壓鉆車，錨桿支護設(shè)備主要有宣化華泰的全液壓錨桿機。如今，在國內(nèi)掘進鑿巖設(shè)備中，國產(chǎn)的鑿巖設(shè)備市場份額不斷增加，打破了國外跨國公司對鑿巖設(shè)備的壟斷。

2.3 盾構(gòu)設(shè)備（TBM）

盾構(gòu)機問世至今已有近200年的歷史，其開始于英國，發(fā)展于日本、德國。 1965年上海市隧道工程公司成立，是我國最早進行盾構(gòu)隧道試驗的單位，1970年9月采用盾構(gòu)法打通了中國首條過江隧道。

經(jīng)過近六十多年努力， 在國家層面通過引進、收購、863 計劃、首臺套等多種方式，促進了盾構(gòu)設(shè)備（TBM）的發(fā)展。 “十三五”以來，中鐵重工集團、中交天和機械設(shè)備制造有限公司等制造的φ15 米、φ14.82 米規(guī)格不等的設(shè)備投入使用。2022年4月中鐵裝備公司制造的最高巖石抗壓強度135 MPa 盾構(gòu)機首次通過葡萄牙驗收。盾構(gòu)設(shè)備（TBM）以后將越來越多地參與到特長巖層隧道工程之中。

3 結(jié)束語

鑿巖設(shè)備技術(shù)是綜合性技術(shù)，反映基礎(chǔ)研究水平、產(chǎn)品開發(fā)水平、制造工藝水平、材料與配套元件及管理水平。 “十四五”時期，西部地區(qū)仍將是發(fā)展重點， 隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的進一步實施，交通項目增多，鑿巖設(shè)備的生產(chǎn)制造將呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展的局面。