为世界隧涵建设提供中国动力

本刊记者 / 付有祥

七月，在1300多公里长的从乌鲁木齐到尉犁、依吞布拉克到若羌，再到五个末子一线，到处都是一派车水马龙、热火朝天的景象。又一条连接新疆南北疆的高速大通道乌尉高速正在加紧建设中。这一切之中最惊心动魄的，是在巍峨的天山山间和山下的天山胜利隧道里。作为整个乌尉高速公路的“咽喉”工程，天山胜利隧道横穿天山，海拔高度3200米，最大埋深1112.2米，全长22.035公里，建设工期六年，总投资约708亿元，建成后将是目前世界最长的高速公路隧道。

天山胜利隧道的掘进和建设，是要在高寒、高海拔地质条件以及高环保要求下经受大断层破碎带、软岩变形、岩爆、高地震烈度、高地应力等一系列世界性难题的挑战。但这样的大工程，中国敢干，能干！天山胜利隧道前期工程以两台新型TBM盾构机分别由进口端和出口端相向对掘与一台新型TBM盾构机自隧道上下掘的方式进行。三台盾构中天山号开挖断面直径8.43米，全长282米，重约2000吨，胜利号开挖直径8.43米，全长282米，重约2900吨，都是针对隧道掘进地质特点量身定制。首创号开挖直径11.4米，主机长约24米，重约1100吨，系世界首创超大直径硬岩竖向掘进机。隧道采用国内高速公路隧道施工首次应用的“3洞+4竖井”施工方案，首创号专门为隧道2号竖井工程施工研发。2号竖井深达800米，是目前世界上最深的高速公路竖井，工程完工后也将是世界首个一次开挖成型的超大直径硬岩大深度竖井。

事实上这仅是中国盾构机在全球许多重大建设工程中发挥巨大威力情形的一个缩影。

盾构机从其1818年由法国工程师M.I.布律内尔发明到现在，仅204年的历史。发展演变到今天的现代盾构机，已早是一种结构复杂，研发生产涉及地质、机械、力学、液压、控制、测量等多门学科技术，集光、电、传感以及信息技术于一体的高新技术工程机械。

然而现在中国是全球盾构机研发制造能力最强，水平最高，年产量和保有量最大的国家。据不完全统计,目前国外盾构机的主要制造商有18 家,集中在日本和欧美,如日本的三菱重工、川崎重工,德国的海瑞克,美国的罗宾斯,意大利的赛里，法国NFM等。而在中国，至目前，盾构机研发制造企业已发展到了至少50多家，中铁装备、铁建重工、中交天和、徐工集团、北方重工、上海隧道工程股份、成都南车隧道装备以及三一重工、山河智能、徐工等名响世界。中国工程机械行业协会和市场规模前瞻产业研究院的数据是，中国2017年、2018年、2019年和2020年四年的全断面隧道掘进机生产总数分别是561台、580台、640台和655台，市场规模分别达到92.66亿元、90.82亿元、92.15亿元和121.59亿元，中国自己研制的盾构机在为中国自己掘出一条又一条令世界惊叹的奇迹一般的全球最长、最大、最美、最奇绝的隧道，为中国的大基建涂上了一笔又一笔浓墨重彩的同时，也昂首走向世界，开始以一种强大的力量改变世界基建面貌，成为全球销量最大的盾构机供应国，占据着2/3以上的全球市场，许多令国外业界瞠目的盾构领先技术都出自中国。

事实是中国从1953年才开始采用盾构进行隧道修建，晚了国外128年。在2000年前的好长时间里，在盾构机领域，中国所用，基本上都是要么进口，要么主要部件进口，国内工厂拼装组合，核心技术长期被国外技术垄断。

责任和担当，激发着着中国建设者们的报国之心和昂扬斗志！

国家决定在较短时间内完成盾构国产化。2001年，“土压平衡盾构关键技术研制”被列入“863计划”项目。随之，中国中铁在河南新乡组建了盾构研发项目部，一支由18位技术骨干组成的研发团队，“盾构梦之队”，入部开始盾构研发。

而同时，上海隧道工程股份有限公司、北方重工集团等的一些国内制造企业也行动起来。

中国盾构研发的道路由是打开，中国基建开启了新征程。

2003年，中铁盾构研发项目部建起盾构实验模拟平台，并列入863计划。2004年10月，上海隧道工程股份有限公司推出第一台具有自主知识产权的“先行号”地铁土压平衡盾构样机，终结中国不能生产盾构机的历史。2006年，中铁盾构研发项目部自主研发出国内直径最大、控制点最多、功能最齐全，具有自主知识产权的盾构控制系统实验平台。2006年底，“先行2号”盾构在沪制造安装完成并正式下线。这款盾构的研发制造过程中，上海隧道工程股份在刀盘驱动、遥控拼装机、螺旋机等七大关键技术上取得创新，达到同类设备国际先进水平，盾构机取得22台订单，先后应用于上海、南京、杭州等地轨道交通工程，首次实现国内地铁盾构批量生产。2007年，北方重工集团兼并了法国NFM公司，直接占据盾构机技术领域高起点。2008年4月，由中铁盾构研发项目部成长为中铁隧道集团隧道设备制造公司即中铁装备牵头研制的复合盾构“中国中铁1号”下线，成功地实现从“造中国人自己的盾构”跨越到“造中国最好的盾构”梦想。2009年这一年，3月，北方重工集团斩获39台全断面掘进机合同。同年的9月9日，直径为11.22m，上海隧道股份的具有自主知识产权的大直径泥水盾构“进越号”处女作上海打浦路复线隧道的顺利贯通，从设计研发到制造施工共形成国家发明专利12项、实用新型专利1项、计算机软件著作权4项，荣获2010年中国国际工业博览会金奖第一名。而且，在这一系列之中，2009年，中铁装备自主研制的符合国际BS标准的Φ6.64m铰接式复合土压平衡盾构销往新加坡，开创了国产盾构打入国外市场的先河。

就是那般，中国盾构人，以非凡的努力，在那个时间点上，一鼓作气将中国推入了具备大直径泥水盾构自主设计、制造和施工技术的盾构大国行列。2010年，中国的盾构机年产量达到50余台，在其时的全国大基建市场中占有率，已是超出了60%，且这一年下线的“开路先锋19号”土压平衡盾构机以高达87%的国产化率，让原本均价在1.5亿元左右的“洋盾构”，立即在中国被迫降价30%。

2011年2 月，上海隧道股份在新加坡C926地铁项目的市场公开竞标中一举“挫败”德国海瑞克等8家国外知名厂商再斩获6台复合式土压平衡盾构订单，创下中国首个盾构批量出口记录。

2012年3月,中交天和研发制造刀盘直径达到14.93 米的泥水气压平衡复合式隧道掘进机＂天和号＂试车。此机为时世界最大泥水气压平衡式隧道掘进机，且在挖掘高难度的硬岩层和粘土复合层及实现泥水气压平衡要求等关键技术难题上实现了一系列重大突破。其刀盘配置刀具最多可达717个，标志着中国复杂隧道建设装备技术达到世界先进水平。

2012年12月，中铁科工集团轨道交通装备公司造直径6.66米汉产盾构机发往印度新德里。

元动作单元作为数控机床的基本组成单元，其故障模式多种多样，而且不同的故障模式对整机功能的影响也有所不同，将故障影响、经济损失、检测难度和维修难度作为分级标准，本文将元动作单元的故障模式分成3个等级：关键故障、主要故障和次要故障。

2013年8月，北方重工成功拿到澳大利亚悉尼4台直径7.01米双护盾硬岩掘进机供货合同。

2014年1月，中铁装备成功收购掌握世界TBM技术和生产能力三大企业之一的德国维尔特公司硬岩掘进机知识产权及品牌使用权后，在德国成立中铁克瑞格公司。

2014年10月，三三工业收购卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司，完成“蛇吞象”并购，一跃成为在隧道掘进机领域内全球三巨头之一。11月，其Φ3.9m复合式土压平衡盾构机出口土耳其。其为中国首台出口海外小直径土压盾构机。

2015年10月，中铁装备与以色列签订一次性出口以色列6台大直径土压平衡盾构机合同签订。

2016年3月，中铁装备首台矩形盾构出口海外始发，英国最大的行业周刊《新土木工程师》刊发题为《变形—东海岸矩形TBM》作详尽介绍。这一年，中铁装备向新加坡提供10余台盾构机。

2016年7月17日，中铁装备造世界首创“马蹄形”盾构成功下线。此机盾体采用梭式结构，刀盘采用九个小刀盘同组成一个马蹄形断面的创新组合方式,九个刀盘既可同时转动，也可单个转动、任意组合转动和不同方向转动，首创全球隧道新型开挖模式。

2016年12月，由上海隧道工程公司联合宁波轨道交通集团、上海市隧道工程轨道交通设计研究院、同济大学、上海交通大学等单位历时三年联合设计研发研发的世界最大类矩形全断面隧道掘进机“阳明号”通过由多位院士和业内权威专家组成的专家组项目验收。这台盾构机打破传统圆形设计思路，采用类矩形设计，解决了两台单圆盾构机同时作业造成的地下空间浪费、容易入侵周边建筑基础，一台双圆盾构机作业容易导致沉降控制能力不足的问题，是中国隧道工程装备领域的重大突破，至目前全球依只上海隧道工程一家公司掌握这一技术。

2017年7月，中国铁建一次5台盾构机首次出口俄罗斯。这是中国盾构机首次打入欧洲市场，紧接着，土耳其、丹麦、意大利、法国、澳大利亚、印度等，总计数十个国家和地区的城市轨道、引水工程等基建项目进用中国盾构机。

2019年12月，中铁工程装备集团为盾构机发明国法国采买用于巴黎地铁16号线建设而研发制造的两台大直径土压平衡盾构机下线。

就是如此，中国盾构与中国建设同振共进，并坚持国际化发展战略，紧跟国家“一带一路”倡议，在全面满足了随着经济的飞速发展渐成长为全球最大的盾构机市场的中国自己市场的同时，昂首走向世界，为世界轨道交通建设提供了中国装备、中国方案、中国智慧。2013年、2014年、2015年、2016年、2017年、2018年和2019年七年，中国盾构机产品国产化率分别是81.7%、89.6%、93.1%、95.9%、99.9%、98.5%和96.2%；进口数分别是30台、13台、11台、4台、5台、9台和22台，而出口数分别达到90台、59台、58台、66台、130台、127台和160台。中国盾构，在全球强势逆袭，远销海外，同中国高铁等一样，成为一张“制造名片”。

从2020年开始，世界经济在新冠疫情来袭以及其他不确定复杂因素增加的情况下，中国的盾构机研发制造却是逆势上扬，

2020年9月，由铁建重工、中铁十四局集团联合研制的“京华号”超大直径盾构机下线。该机整机长150米，总重量4300吨，最大开挖直径达16.07米，成为中国迄今研制的最大直径盾构机，填补了超大直径泥水盾构隧道同步双液注浆技术空白。

2020年9月29日，具有里程碑意义的中国中铁自主研制第1000台盾构机的Φ8.64m的土压平衡盾构机粤海14号下线。

2021年10月，中铁工程装备的盾构机专利数达到1044个，位居全球首位。

2021年12月，中铁装备集团自主研制的世界首台全断面硬岩竖井掘进机“中铁599号”在浙江宁海实现井下无人掘进成功，创全球竖井掘进机领域新时代。

2022年4月，中国出口海外直径最大，总装机容量9000千瓦，总重2500吨，长270米，代表着世界先进水平的敞开式TBM盾构机经中交天和建设者历时三个月的组装调试，在马来西亚东海岸铁路项目顺利始发。

天山上的风在吹。和静县乌拉斯台查汗村不远处的绿色山野间马头琴声在伴奏着世上最美的赞歌。天山胜利隧道内，隧道外的山谷间，隆隆机声浮升至高空中，给天鹰的翅膀负了，飞向远方。2022年1月5日，出口端服务隧道掘进完成45%施工任务。6月7日，隧道中导洞累计掘进11194.37米。就是如此，三年多时间去，奋战在天山胜利隧道的各建设团队紧紧围绕TBM掘进机科学组织施工，统筹推进安全、质量、环保，大力开展科技攻关，不断优化施工工艺，成功穿越多个断层破碎带，攻克多项世界级难题，创下隧道日进尺30.15米、月进尺500.2米施工纪录。

天山胜利隧道预计2025年建成通车。目前，建设团队正在以一种“缺氧不缺精神”的斗志和“交融天下、建者无疆”的精神，向着12000米的新目标进军！