張帥坤 盾構(gòu)機成為中國“爭氣機”

王伊

16年前，張帥坤作為一名盾構(gòu)司機，用的是進口“洋盾構(gòu)”，處處被外國人“卡脖子”；如今，他帶領(lǐng)團隊自主研制的盾構(gòu)機，不但占據(jù)了國內(nèi)40%的市場份額，還出口到新加坡、韓國等國家，成為一張閃亮的高端裝備大國名片。

每次走進世界最長海底高鐵隧道——金塘海底隧道現(xiàn)場，中鐵十四局甬舟鐵路金塘海底隧道項目總機械師董冰都忍不住要仰頭多看幾眼“甬舟號”盾構(gòu)機。“未來一段時間，它要完成獨頭掘進4940米的重任，要下穿23根石油管線、地面建筑物、海堤、碼頭、主航道等42項風險源，要面對構(gòu)造復雜的地層及海域環(huán)境。施工復雜程度、難度和風險在世界范圍內(nèi)絕無僅有。”

在金塘海底隧道的另一端，是涂裝“東海龍王”圖案的“定海號”盾構(gòu)機?！岸êＬ枴倍軜?gòu)機130米的長度，14.57米的直徑，與“甬舟號”猶如孿生。

金塘海底隧道也是在世界超大直徑盾構(gòu)施工中，首次采用兩臺盾構(gòu)機相向掘進、在海底完成對接、在洞內(nèi)完成盾構(gòu)機拆解的施工方式。根據(jù)規(guī)劃，“甬舟號”“定海號”這兩臺14.57米超大直徑盾構(gòu)機分別從寧波、舟山兩端相向掘進，最終以不超過20毫米的誤差在海底實現(xiàn)精準對接，這讓隧道開挖的每一米都幾乎伴隨著世界級難題的技術(shù)攻關(guān)。

這兩臺盾構(gòu)機的研發(fā)帶頭人，正是鐵建重工掘進機研究設(shè)計院副院長張帥坤。16年前，他作為一名盾構(gòu)司機，用的是進口“洋盾構(gòu)”，處處被外國人“卡脖子”。如今，張帥坤帶領(lǐng)團隊自主研制國產(chǎn)盾構(gòu)機，讓關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中。

矢志掌握核心技術(shù)

走進鐵建重工長沙第一產(chǎn)業(yè)園盾構(gòu)機生產(chǎn)車間，人們的目光會不由自主地被一個個“龐然大物”吸引：這些集機械、電氣、液壓等技術(shù)于一體的大型高端裝備，可以一邊挖掘隧道，一邊鋪設(shè)管片，實現(xiàn)隧道主體結(jié)構(gòu)一次構(gòu)筑成型。

盾構(gòu)機，全稱為全斷面隧道掘進機，是地下工程建設(shè)的“神兵利器”，也是衡量一個國家高端裝備制造水平的重要標志。每臺盾構(gòu)機都由上萬個精密零部件組成，被譽為“工程機械之王”。

曾經(jīng)，我國在盾構(gòu)機領(lǐng)域嚴重依賴進口，面臨著技術(shù)封鎖和外國企業(yè)的市場壟斷。高昂的建設(shè)成本和滯后的技術(shù)成為制約國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的重要因素。為了打破隧道掘進設(shè)備被國外壟斷的局面，21世紀初，“關(guān)于隧道掘進機關(guān)鍵技術(shù)的研究”被列入國家“863”計劃。十幾年來，研發(fā)人員從零起步，持續(xù)攻克“卡脖子”技術(shù)難題，實現(xiàn)盾構(gòu)機全產(chǎn)業(yè)鏈自主化。從受制于人，到自立自強，國產(chǎn)盾構(gòu)機在掘進中“逆襲”，成功站在了行業(yè)最前沿。

張帥坤，正是眾多研發(fā)設(shè)計人員中的一位。從業(yè)16年來，張帥坤見證并參與了國產(chǎn)盾構(gòu)機發(fā)展、壯大的歷程。

2008年，張帥坤大學畢業(yè)進入一家隧道施工企業(yè)，負責公司盾構(gòu)設(shè)備的管理調(diào)度。彼時，盾構(gòu)機市場是國外品牌“滿地鉆”的時代，他手底下的“大塊頭”也不例外。

由于當時我國還沒能掌握盾構(gòu)機的核心技術(shù)，一旦所使用的“洋盾構(gòu)”出現(xiàn)故障，只能求助于海外制造商，不僅費用昂貴、維修周期長，而且還得“看人臉色”。維修過程的種種“憋屈”，讓張帥坤下定了自主研制國產(chǎn)盾構(gòu)機的決心。

要研發(fā)，先要學懂弄通。為了解盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)和運行，張帥坤主動請纓——到“地下”去，當盾構(gòu)司機。

“我是北方農(nóng)村家庭出身，自認為算能吃苦的，但地下的工作環(huán)境卻比想象中的還要惡劣。”張帥坤回憶，地下隧道空氣不流通，施工現(xiàn)場溫度最高可達40多攝氏度，盾構(gòu)司機需要時刻緊盯儀器參數(shù)，每天工作時長達12小時……

盡管很疲憊，但每當有操作間隙，張帥坤就走出駕駛室，對著圖紙去找各個零部件的位置，跟著維修師傅處理各種故障，學習各個部件的維保操作。1年多時間，張帥坤開著盾構(gòu)機，幾乎摸透了盾構(gòu)機的每個零部件。“干得久了，它的某個元器件在哪里，哪些地方容易出現(xiàn)故障，我閉著眼睛就能摸出來。”當盾構(gòu)機司機積累的這些經(jīng)驗讓張帥坤堅信，中國人也能造出這個“大家伙”。

回憶起開盾構(gòu)機的那一年，張帥坤連說：“值！”時至今日，張帥坤還清晰地記得，曾經(jīng)有一次，一臺進口盾構(gòu)機拼裝系統(tǒng)出現(xiàn)抖動，導致整機“癱瘓”，前后請了3批外方人員，持續(xù)1個多月都沒修好。

緊急關(guān)頭，項目組頂住壓力組建自己的團隊，會操作、懂維修的張帥坤成為關(guān)鍵成員。他們一邊翻譯說明書，一邊拆解零部件，經(jīng)過7天7夜的研究對比，終于找出了故障原因并解決問題。從那時起，張帥坤對投入盾構(gòu)機研發(fā)，特別是研制中國自主盾構(gòu)機的決心更加堅定。

把盾構(gòu)機做成“爭氣機”

2010年，張帥坤進入剛組建的鐵建重工，憑著幾年來盾構(gòu)機的操作經(jīng)驗和對零部件的熟悉程度，他帶領(lǐng)團隊從事盾構(gòu)機研發(fā)?！爱敃r團隊成員都很年輕，大家憋著一股勁，一定要把我們自己的設(shè)備造出來?！?在研發(fā)期間，他們幾乎忽視了周末和節(jié)假日的存在，但并沒有人抱怨。

繪圖紙、做試驗、蹲車間、跑項目……張帥坤和團隊從零開始學習和積累經(jīng)驗，“幾乎把公司的技術(shù)資料翻了個遍”。

2012年，憑借以往操作盾構(gòu)機的經(jīng)驗以及對地質(zhì)情況的了解，張帥坤帶領(lǐng)團隊研發(fā)的首臺國產(chǎn)6米級復合式泥水平衡盾構(gòu)機“行健號”成功下線。這是團隊首次研制出用于工程實際的盾構(gòu)機。這臺設(shè)備要在渾河河床13米以下進行施工。團隊成員范瑞強回憶說，初期的掘進很艱難，張帥坤帶著團隊一點點磨合，最終盾構(gòu)機連續(xù)掘進2400米，超前完成任務(wù)。這是國產(chǎn)盾構(gòu)機首次穿越渾河，增強了張帥坤和團隊繼續(xù)進行自主研發(fā)的信心。

盾構(gòu)機的直徑越大，制造就越難。在2016年以前，我國大直徑（10米級以上）盾構(gòu)機需要依賴進口，一臺國外設(shè)備售價最高達4億多元，而且服務(wù)水平無法滿足需求，也難以適應我國廣大地區(qū)多樣化和復雜的地質(zhì)條件。

隨著京哈高鐵京沈段施工的推進，張帥坤和他的團隊迎來全新挑戰(zhàn)——研制2臺直徑達10.87米的大直徑泥水平衡盾構(gòu)機，用于修建從北京繁華商區(qū)下穿行的“望京隧道”。

這是他們首次嘗試制造大直徑盾構(gòu)機。面對巨大壓力，張帥坤卻充滿斗志。從長沙到北京，張帥坤不知疲倦地一次次考察、研討，其間婚期臨近，他也抽不開身回家籌備。直到一次出差路過河南老家，他才花了半天時間“順便”辦了婚禮。同事們此時才知道，他的行李箱里一直裝著禮服。

為了確保生產(chǎn)質(zhì)量，設(shè)備生產(chǎn)期間，張帥坤把自己的辦公室從技術(shù)樓搬到了生產(chǎn)車間，設(shè)計可固定工件的專用移動機床，采用氣壓的方式對閥門實現(xiàn)高精度聯(lián)鎖控制……面對挑戰(zhàn)，他們?nèi)σ愿埃钥穗y，用了大半年時間，成功生產(chǎn)、組裝起萬余個零部件，生產(chǎn)出了高鐵大直徑泥水平衡盾構(gòu)機——“望京號”。

2016年，“望京號”成功下線，掘進時地面沉降僅0.68毫米，達到世界領(lǐng)先水平。同年，團隊研發(fā)的鐵路雙線超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機“中原一號”也順利始發(fā)，其開挖直徑達12.81米。自此，“洋盾構(gòu)”在我國大直徑泥水平衡盾構(gòu)機施工領(lǐng)域的壟斷地位一去不復返。

當鐵建重工的泥水平衡盾構(gòu)機向更大直徑邁進時，常壓換刀技術(shù)成了一道難題?！按笾睆蕉軜?gòu)機的使用工況往往較為惡劣，刀具磨損快。每更換一把刀具要耗時1天，風險極大?！睆垘浝そ忉尩?。

為了最大程度地保障作業(yè)人員的安全，他們在工地和實驗室中白天黑夜不停地嘗試和實驗。在進行了300多次高水壓試驗后，“常壓換刀”技術(shù)與常壓刀盤驚艷亮相——更換一把刀具僅需兩小時。

到了2017年，張帥坤團隊成功研發(fā)首臺國產(chǎn)常壓換刀式大直徑盾構(gòu)機“沅安號”，打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。在此之前，由于這一技術(shù)長期被國外壟斷，整臺設(shè)備的價格高達數(shù)億元，造成了巨大的隧道施工成本。

隨著大直徑國產(chǎn)盾構(gòu)機取得快速發(fā)展，張帥坤又將目標瞄向了15米級以上超大直徑盾構(gòu)機這一薄弱領(lǐng)域。與常規(guī)直徑和大直徑盾構(gòu)機相比，超大直徑盾構(gòu)機系統(tǒng)集成更復雜、加工制造更困難、可靠性要求更高、工程應用風險更大。為此，他帶領(lǐng)團隊迎難而上，努力攻關(guān)。

通常，一臺超大直徑盾構(gòu)機的生產(chǎn)周期需要12個月以上。但在2020年，張帥坤率領(lǐng)團隊僅用7個月時間，就成功研制出了國產(chǎn)首臺16米級超大直徑盾構(gòu)機“京華號”。

在研制“京華號”的過程中，張帥坤的團隊面臨著超大直徑、超長距離、超深覆土、超敏感環(huán)境等諸多場景施工困難。不過，張帥坤帶領(lǐng)團隊頂住壓力，啃下了這塊“硬骨頭”?！熬┤A號”首次應用了同步雙液注漿技術(shù)，還應用了常壓換刀、伸縮主驅(qū)動、重載高效物料運輸?shù)榷囗椇诵募夹g(shù)。

2020年9月26日，“京華號”下線的前一天，團隊從清晨開始進行檢測，一直到9月27日凌晨才檢測完畢。當?shù)侗P被涂裝成京劇臉譜的“京華號”紅紗被揭開的那一刻，張帥坤眼角濕潤：“這是我們自主研制的大國重器！”

2023年，北京東六環(huán)改造工程盾構(gòu)隧道順利貫通，“京華號”助力工程實現(xiàn)了全程“隧道零滲漏、地面微擾動、施工零事故”。

2024年，張帥坤作為研發(fā)帶頭人，參與研發(fā)的盾構(gòu)機“定海號”和“甬舟號”，先后在長沙成功下線。

除了直徑的突破，張帥坤團隊還在盾構(gòu)機的智能化、高效化方面取得了顯著進展。他們成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復合式泥水平衡盾構(gòu)機、高鐵大直徑盾構(gòu)機以及鐵路雙線超大直徑盾構(gòu)機，打破了國外品牌在中國市場的壟斷局面。這些盾構(gòu)機的成功應用，不僅提高了施工效率，降低了工程成本，更為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)貢獻了重要力量。

“爭口氣，做出中國更好的盾構(gòu)機，是激勵自己一路走來最大的動力?！睆垘浝ふf。

匠心打造民族品牌

在鐵建重工的科技展廳里，珍藏著一份編號001的圖紙，這是第一臺國產(chǎn)盾構(gòu)機的設(shè)計總裝圖?！拔覀冎圃斓牟粌H是一臺盾構(gòu)機，更是中國人的‘爭氣機。”

“鐵建重工從做出首臺盾構(gòu)機開始，在自主研發(fā)創(chuàng)新的路上越走越順暢，園區(qū)也不斷發(fā)展壯大。”16年來，張帥坤親身經(jīng)歷并見證了國產(chǎn)盾構(gòu)機的發(fā)展壯大。他和團隊研發(fā)的盾構(gòu)機幾乎參與了國內(nèi)所有重大盾構(gòu)隧道工程建設(shè)——無論是在京津冀、長三角、珠三角還是川渝都市圈，只要有盾構(gòu)隧道工程的地方，就有他們的盾構(gòu)機。

盾構(gòu)機是定制化產(chǎn)品，每一臺都需要根據(jù)實際工程需求進行設(shè)計。為了深入了解地質(zhì)和施工情況，“跑工地”成了張帥坤的工作常態(tài)。特別是在盾構(gòu)機試掘進階段，他和同事常常要守在工地現(xiàn)場，短則兩個月，長則半年。

鐵建重工研發(fā)工程師謝蛟說，張帥坤每到一個地方出差，都要和同事一起去工地詳細了解每個部件的運行情況。他總是告誡大家：只有深入一線、熟悉項目，才能設(shè)計出符合客戶需求和施工條件的產(chǎn)品。

在研發(fā)盾構(gòu)機的十幾年來，張帥坤全力拼搏，感染并帶動更多同事一起追逐夢想、持續(xù)奮斗。

在研發(fā)團隊成員張保真眼中，張帥坤是個不折不扣的“工作狂”。經(jīng)過長時間的相處，張保真發(fā)現(xiàn)，作為研發(fā)帶頭人，張帥坤不僅對各類盾構(gòu)機的整體設(shè)計了然于心，對于零部件的參數(shù)，他甚至比具體設(shè)計人員還要清楚。在技術(shù)評審會上，面對行業(yè)專家的縝密提問，他總能對答如流，“讓人不得不服”。

國產(chǎn)盾構(gòu)機強勢崛起，從裝備中國走向裝備世界，實現(xiàn)從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)跑”。從2012年開始，張帥坤又成了推動中國盾構(gòu)“出?！钡囊粏T。

2019年，張帥坤團隊研發(fā)的盾構(gòu)機走出國門，遠銷韓國、印度、意大利等地。

走出去就代表國家的形象，張帥坤在技術(shù)把關(guān)上更加高標嚴管?！皣a(chǎn)盾構(gòu)機起步比較晚，剛開始受到質(zhì)疑非常多。但是我們拿實力說話，我們的設(shè)備經(jīng)歷了我國復雜地質(zhì)的考驗，有足夠多的成功經(jīng)驗?！睆垘浝ふf。

如今，張帥坤和他的團隊已經(jīng)成為我國盾構(gòu)機領(lǐng)域的佼佼者，他們的產(chǎn)品不僅廣泛應用于國內(nèi)各大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目中，還出口到多個國家和地區(qū)。“我們的研究成果有效推動超大直徑盾構(gòu)機零部件國產(chǎn)化率從最初的60%左右上升到目前的90%以上，并帶動上下游企業(yè)累計實現(xiàn)配套產(chǎn)值50億元以上?！睆垘浝ぷ院赖卣f，“我們團隊研制的國產(chǎn)盾構(gòu)機，不但占據(jù)了國內(nèi)40%的市場份額，還出口到新加坡、韓國等國家，成為一張閃亮的高端裝備大國名片。”

張帥坤和他的團隊用智慧和汗水書寫了國產(chǎn)盾構(gòu)機的新篇章，用實際行動詮釋了“大國工匠”的精神內(nèi)涵。張帥坤表示：“只要我們努力做好自己的每一件事情，就能把這件事情做好，而且做得更出彩！”