盾構(gòu)機(jī) “掘”勝“大國重器”

中國的盾構(gòu)機(jī)在全球市場中已經(jīng)成為一張中國名片，不僅展示了中國的科技實力，也展示了中國人民的智慧和勇氣。

2023年“雙11”前夕，央企國家隊淘寶店正式開業(yè)，國資小新（國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會官媒）將16款代表中國智造的新一批“大國重器”集中上架淘寶，特別標(biāo)注“僅展示可加購勿拍”。

這是一次高科技成果的集中展示。這16款“大國重器”涵蓋了航空、航天、海洋、能源、信息等多個領(lǐng)域，它們都是中國科技人員經(jīng)過長期研發(fā)和創(chuàng)新的成果，代表了中國在高科技領(lǐng)域的實力和水平，也向世界展示了中國科技創(chuàng)新的決心和能力。

在這16款“大國重器”中，開挖直徑達(dá)到23.02米、相當(dāng)于7.5層樓高的“夢想號”盾構(gòu)機(jī)尤為吸睛。其集開挖、出渣、支護(hù)、導(dǎo)向等功能于一體，是目前全球最大的豎井掘進(jìn)機(jī)。

盾構(gòu)機(jī)是一種集多種技術(shù)于一身的先進(jìn)掘進(jìn)設(shè)備，其制造難度大，技術(shù)水平先進(jìn)，承載著“穿山越嶺、過江跨?！钡闹厝?，在鐵路、管道工程等基礎(chǔ)建設(shè)當(dāng)中有著非常重要的作用。

盾構(gòu)機(jī)是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。2015年，國產(chǎn)首臺鐵路大直徑盾構(gòu)機(jī)下線，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了國外近1個世紀(jì)的技術(shù)壟斷。今天，盾構(gòu)機(jī)“心臟”核心零部件的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)突破，我國已成為全球最大的盾構(gòu)機(jī)市場，也是最大的盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)國，全球每10臺盾構(gòu)機(jī)中就有7臺來自中國。

如今，中國的盾構(gòu)機(jī)在全球市場中已成為一張中國智造的名片，不僅展示了中國的科技實力，也展示了中國人民的智慧和勇氣。

從進(jìn)口到出口

盾構(gòu)機(jī)，又稱“鋼鐵穿山甲”，是盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)械的簡稱，顧名思義就是邊掘進(jìn)，邊構(gòu)建像盾牌一樣的隧道?！岸堋?，即“保護(hù)”，指盾殼；“構(gòu)”，即“構(gòu)筑”，指管片拼裝。通俗來講，盾構(gòu)是指在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行掘進(jìn)、出渣、襯砌等作業(yè)。

盾構(gòu)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

早在200多年前的1806年，法國工程師馬克·布魯諾爾在船板上發(fā)現(xiàn)，一種蛀蟲在鉆穿木板時，會先分泌出液體涂在孔壁上，形成堅韌的保護(hù)殼抵抗木板潮濕后的膨脹擠壓。布魯諾爾根據(jù)這個現(xiàn)象，于1810年確立了盾構(gòu)機(jī)的工作原理，并于1818年申請了盾構(gòu)工法的專利。

19世紀(jì)末到20世紀(jì)中葉，盾構(gòu)工法相繼傳入美國、法國、德國、日本、蘇聯(lián)等國，并得以不同程度的發(fā)展。隨后，盾構(gòu)機(jī)被逐漸改進(jìn)，針對各種地形發(fā)展出了多種新型盾構(gòu)機(jī)，并得到了廣泛使用。

我國使用盾構(gòu)機(jī)的時間較晚，在20世紀(jì)50年代，我國使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道施工時，就開始了研究探索，并致力于造自己的盾構(gòu)機(jī)，但基本處于學(xué)習(xí)階段。一直以來，盾構(gòu)機(jī)技術(shù)長期掌握在國外企業(yè)的手中，“洋盾構(gòu)”一直處于絕對的壟斷地位。

在西方國家大力推動盾構(gòu)技術(shù)升級的20世紀(jì)后半葉，基于大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而對盾構(gòu)機(jī)有著巨大需求的中國，卻沒有一臺真正屬于自己的盾構(gòu)機(jī)。國內(nèi)所需的盾構(gòu)機(jī)基本都依靠進(jìn)口，不但價格高昂，技術(shù)維修費用同樣不菲。

“有次我們要加工一個簡單的拖車鋼結(jié)構(gòu)件，發(fā)現(xiàn)外方圖紙有錯誤。因為不是設(shè)計方，只好催他們派人處理。但人家提出的條件是每天咨詢費1萬元，還要負(fù)責(zé)所有的差旅食宿?！敝需F裝備設(shè)計研究總院院長賀飛回憶。

沒有核心技術(shù)就沒有話語權(quán)，就會永遠(yuǎn)受制于人。從那時起，“造中國人自己的盾構(gòu)”便成為中國盾構(gòu)人的夢想。2002年，“隧道掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究”被列入“863計劃”，成為國家級重點工程。由中鐵隧道集團(tuán)18人組成的盾構(gòu)機(jī)研發(fā)項目組也于當(dāng)年10月成立。

2004年10月，中國首臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的地鐵土壓平衡盾構(gòu)機(jī)——“先行號”樣機(jī)，在上海地鐵二號線西延伸段區(qū)間隧道始發(fā)掘進(jìn)，打破了此前“洋盾構(gòu)機(jī)”壟斷地鐵施工的局面，隨后陸續(xù)應(yīng)用于中國多個城市的地鐵項目建設(shè)。2006年，該產(chǎn)品被列入國家重點新產(chǎn)品，并榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。

2006年，“先行2號”制造完成并正式下線，實現(xiàn)了我國首次泥水盾構(gòu)機(jī)的批量生產(chǎn)。2008年4月，中國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)——中國“中鐵1號”問世，其整機(jī)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，填補了我國在這一領(lǐng)域的空白，成功實現(xiàn)了從“造中國人自己的盾構(gòu)”到“造中國最好的盾構(gòu)”的技術(shù)突破。

之后，我國盾構(gòu)機(jī)行業(yè)逐漸蓬勃發(fā)展起來，2012年，“天和一號”研制成功，打破了外國在大直徑盾構(gòu)機(jī)領(lǐng)域的壟斷；2015年，中鐵裝備研制的硬巖掘進(jìn)機(jī)走在了世界前列；2020年問世的“京華號”，是我國第一次成功制造了16米級超大直徑盾構(gòu)機(jī)。

2020年9月，位于河南省鄭州市的中鐵裝備集團(tuán)盾構(gòu)總裝車間內(nèi)，直徑8.64米的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)“粵海14號”正式下線。這是中鐵裝備自主研制的第1000臺盾構(gòu)機(jī)。這一天，車間里的標(biāo)語“造中國人自己的盾構(gòu)，造中國最好的盾構(gòu)，造世界最好的盾構(gòu)”顯得格外醒目。

2023年5月，在第七個“中國品牌日”到來之際，世界首臺綠色盾構(gòu)機(jī)“中鐵1237號”及世界首臺大傾角下坡掘進(jìn)礦用TBM“淮盾號”在中鐵裝備成功下線，標(biāo)志著中鐵裝備在隧道掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)域的研發(fā)正朝著高端化、智能化、綠色化方向不斷邁進(jìn)。

“中鐵1237號”盾構(gòu)機(jī)搭載了連續(xù)掘進(jìn)技術(shù)、快速換模技術(shù)等，出口意大利，被用于西西里島高鐵隧道建設(shè)。而這只是近年來我國盾構(gòu)機(jī)大量出口的縮影。

從1995年我國首次引進(jìn)德國盾構(gòu)機(jī)，到如今中國盾構(gòu)機(jī)在全球遙遙領(lǐng)先，20多年來，中國盾構(gòu)機(jī)不斷自主創(chuàng)新，從蹣跚學(xué)步到一路向前掘進(jìn)，再到跨入世界先進(jìn)行列，實現(xiàn)了完美逆襲。

從被質(zhì)疑到大放異彩

雖然有了國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，但面對“洋盾構(gòu)”一統(tǒng)天下的局面，不少人心里打鼓：中國盾構(gòu)機(jī)能行嗎？

2012年1月，成都地鐵2號線、4號線開工建設(shè)。在以往的地鐵施工中，所有盾構(gòu)機(jī)都是國外品牌?！斑@并不是說進(jìn)口設(shè)備在施工過程中不會出現(xiàn)問題，而是在當(dāng)時，人們對我們自己研發(fā)的盾構(gòu)機(jī)還心存顧慮?！辟R飛說。

歷經(jīng)3個多月的交流與溝通，中鐵裝備團(tuán)隊慢慢打消了設(shè)計、施工等單位的疑慮，最終采用“1+1模式”，即國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)和進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)左右線同時始發(fā)。10個月后，中國盾構(gòu)機(jī)的各項性能指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)，有力提振了中國盾構(gòu)機(jī)的市場信心。

同樣是這一年，馬來西亞為建設(shè)MRT（捷運線）項目，計劃向歐洲公司采購10臺盾構(gòu)機(jī)。中鐵裝備獲悉后，下決心力爭借此機(jī)會將中國盾構(gòu)機(jī)推向馬來西亞。

但年輕的中國盾構(gòu)機(jī)打開國際市場談何容易。因為中國盾構(gòu)機(jī)沒有一例海外應(yīng)用的實例，無論怎么介紹，對方都無動于衷。于是，中鐵裝備將馬來西亞業(yè)主邀請到中國來實地參觀。通過參觀一個又一個成功案例，馬來西亞業(yè)主被深深折服：“中國的盾構(gòu)機(jī)發(fā)展速度令人驚奇。我們看到了中鐵裝備的制造能力，中鐵裝備制造的盾構(gòu)機(jī)被廣泛應(yīng)用在中國知名大城市，性能非常好！”

2012年，“中鐵50號”出口馬來西亞，成為中國盾構(gòu)機(jī)走向海外的第一單。通過針對性設(shè)計，提升設(shè)備性能，使馬來西亞一條隧道的貫通提前了43天，創(chuàng)造了當(dāng)?shù)囟軜?gòu)施工紀(jì)錄，由此奠定了中國盾構(gòu)機(jī)的海外聲譽。

隨后，中國盾構(gòu)機(jī)又敲開了30多個國家和地區(qū)的市場，產(chǎn)銷量更是連續(xù)6年世界第一。中國盾構(gòu)機(jī)品種越來越多，功能也越來越強大，超大直徑、能轉(zhuǎn)彎、會爬坡、耐極寒……這些“中國品牌”盾構(gòu)機(jī)，正成為暢銷海外的“新國貨”。

新加坡湯申東海岸線T221標(biāo)段人行過道需要矩形設(shè)計，中鐵裝備憑借自主研發(fā)的矩形盾構(gòu)機(jī)獲得了這一訂單。2017年3月27日，在新加坡第三屆城市地下空間和隧道大會上，新加坡陸路交通局湯申東海岸線負(fù)責(zé)人在報告中分享了中鐵裝備矩形盾構(gòu)式頂管機(jī)施工經(jīng)驗，對這一創(chuàng)新產(chǎn)品贊不絕口。

2017年6月8日，中國盾構(gòu)機(jī)擁有了進(jìn)入俄羅斯市場的合格證。2017年7月3日，碧空萬里，艷陽高照，在鐵建重工總部長沙，世界首臺挑戰(zhàn)極寒天氣的盾構(gòu)機(jī)“瑪利亞號”下線。這是專為解決俄羅斯地區(qū)極寒條件下盾構(gòu)施工而設(shè)計的。此后，從2018年6月至2019年1月，5臺盾構(gòu)機(jī)在莫斯科西南部完成掘進(jìn)始發(fā)。

2021年，中鐵裝備為意大利那不勒斯研制的“中鐵977號”用于當(dāng)?shù)馗咚勹F路項目建設(shè)，開挖直徑長達(dá)12.2米，創(chuàng)造了當(dāng)時中國出口歐洲盾構(gòu)機(jī)直徑之最。

2023年，中鐵裝備為波蘭建設(shè)的希維諾烏伊希切隧道正式通車。這條波蘭境內(nèi)最長水下公路隧道在施工期間，創(chuàng)下了最高日進(jìn)尺18米、月進(jìn)尺338米的優(yōu)異成績，將波蘭烏茲南島和沃林島兩岸居民跨河通勤時間由40分鐘縮短至4分鐘，徹底改寫了當(dāng)?shù)匕倌陙砜慷纱ㄇ诘臍v史。通車之際，波蘭發(fā)來了一封感謝信，對中國盾構(gòu)機(jī)設(shè)計、制造、組裝、掘進(jìn)中展現(xiàn)的專業(yè)和高效表示贊揚。

如今，中國已成為全球最大的盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)和使用國。中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年盾構(gòu)機(jī)市場發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及供需格局分析預(yù)測報告》顯示，2022年，全球盾構(gòu)機(jī)市場規(guī)模達(dá)到62億美元，其中中國占據(jù)了90%以上的份額，是全球最大的盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)和消費國。預(yù)計到2023年，全球盾構(gòu)機(jī)市場規(guī)模將增長到71億美元，復(fù)合增長率為6%左右。

隨著我國盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，從傳統(tǒng)的城軌領(lǐng)域逐步向鐵路公路隧道、水利水電、抽水蓄能、市政、能源煤礦、綜合管廊及國防特種等新興領(lǐng)域擴(kuò)展，在重點區(qū)域、重點領(lǐng)域、重點工程布局加速，行業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，并將同類產(chǎn)品價格拉低了40%。

中國盾構(gòu)機(jī)行業(yè)從開始的高度依賴進(jìn)口，到今天實打?qū)嵉刭u到全球，標(biāo)志著“中國盾構(gòu)機(jī)百花盛開的春天已經(jīng)來臨，中國盾構(gòu)機(jī)大國的地位已經(jīng)確立，中國盾構(gòu)機(jī)強國的地位正在確立”，對中國大盾構(gòu)機(jī)發(fā)展的光輝歷程，中國工程院院士錢七虎如是說。

從卡脖子到產(chǎn)業(yè)群

在全球工業(yè)舞臺上，一些尖端技術(shù)產(chǎn)品往往都被稱為“工業(yè)皇冠上的明珠”，例如半導(dǎo)體芯片、大型飛機(jī)、盾構(gòu)機(jī)、精密數(shù)控機(jī)床等。它們代表了一個國家工業(yè)實力的最高水平，也是衡量一個國家綜合國力的重要指標(biāo)。

盾構(gòu)機(jī)是建造地鐵、鐵路、公路隧道等的利器。但其定制化程度高，需要根據(jù)不同的地質(zhì)條件、不同地形對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行不一樣的配置，制造不同型號的盾構(gòu)機(jī)，其自動化、智能化程度也非常高，所需要的技術(shù)都非常前沿。

事實上，在10年之前，盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵部件技術(shù)、核心技術(shù)還一直被少數(shù)幾家國外企業(yè)高度壟斷。國內(nèi)企業(yè)更多則是與國外企業(yè)合作，承擔(dān)配件制造和組裝。比如軸承、減速機(jī)、刀具這樣的關(guān)鍵部件，國內(nèi)企業(yè)還制造不了，盾構(gòu)機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈還存在卡脖子現(xiàn)象。

為了突破這一難題，我國立足于技術(shù)創(chuàng)新，經(jīng)過多年的不懈努力，取得了許多重要成就。其中就包括盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件的自主研制。這些成就的背后，離不開國家強國建設(shè)的決心，也離不開我國科學(xué)技術(shù)人員的不懈努力和創(chuàng)新精神。

主軸承承擔(dān)著盾構(gòu)機(jī)運轉(zhuǎn)過程的主要載荷，是刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。但由于制造工藝復(fù)雜、原材料性能要求高、設(shè)計理論不成熟等原因，中國盾構(gòu)機(jī)主軸承長期依賴進(jìn)口。

2020年9月26日，在蘇州軌道交通6號線10標(biāo)項目現(xiàn)場，首臺采用國產(chǎn)3米級主軸承盾構(gòu)機(jī)“中鐵872號”順利始發(fā)，這是中國主軸承首次在軌道交通領(lǐng)域執(zhí)行地下掘進(jìn)任務(wù)。

刀具就像牙齒，決定著一臺盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度，做刀具的材料既要高硬度、耐腐蝕，又要柔韌性好、耐疲勞。為了攻克這種特殊的需求，中鐵裝備和清華大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，對十幾種添加元素進(jìn)行了上千次試驗，最終解決了超硬材料高強、高韌的難題。

如今，我國通過不斷優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)革新，成功開發(fā)了一系列關(guān)鍵性零部件和核心技術(shù)，例如，盾構(gòu)機(jī)刀盤、機(jī)頭、刀片、密封件、變頻器等部件。這些部件的研發(fā)，為提高我國盾構(gòu)機(jī)的核心競爭力作出了巨大的貢獻(xiàn)。

在中鐵裝備的總裝車間里，一批出口海外的盾構(gòu)機(jī)正在集中交付。如果把這臺盾構(gòu)機(jī)拆解開，一共由1萬多個零部件組成。而這些零件分別產(chǎn)自我國的不同地方，刀具和主軸承廠家主要聚集在河南，電機(jī)廠家主要在山西，齒輪廠家主要分布在長三角和重慶……

在河南省鄭州市，一批即將出口到歐洲、東南亞的盾構(gòu)機(jī)即將下線，其采用的高耐磨高韌性的刀具不僅是我國盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)的一個突破，而且還帶動了上下游20多家企業(yè)的發(fā)展。

這10年來，我國聚焦盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上的短板，依次突破了一系列核心零部件關(guān)鍵技術(shù)，夯實了整個產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，同時也帶動了一批制造企業(yè)的發(fā)展。

中鐵裝備集團(tuán)采購中心總經(jīng)理趙卉表示：“以這個減速機(jī)品類為例，它已經(jīng)有十幾家的供應(yīng)資源了。不但有河南本省的，還有一些是在長三角、北京、天津和成渝地區(qū)，而且現(xiàn)在已經(jīng)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化了。”

得益于我國完備的產(chǎn)業(yè)鏈和不斷迭代的技術(shù)創(chuàng)新，如今，我國盾構(gòu)機(jī)上下游企業(yè)達(dá)到上千家。中國“智”造的背后，正帶動著產(chǎn)業(yè)鏈越來越完備，成為助力經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強大根基。