国内隧道工程中掘进用凿岩设备市场及技术现状

高占奋，王晓辉

（天水风动机械有限公司，甘肃 天水 741020）

隧道掘进是交通、能源、水电水利、国防建设等设施工程中不可或缺的重要环节。国内交通隧道施工量占比很大，施工方法多样、技术水平及要求高、地域条件差别大、使用设备种类多。

交通运输部发布的2018年交通运输行业发展统计显示， 截止2018年底， 中国公路里程484.65 万千米，比2017年增加7.3 万千米。2018年完成公路投资21335 亿元， 比2017年增长0.7%。 “十二五”、“十三五”期间，年增加公路隧道长度1100 km 以上。中国是世界公路隧道个数最多，里程最长的国家。 截止2018年底，中国公路隧道里程17236 km， 较2017年增加1509 处，新增里程1951 km。

截止2020年底， 中国铁路运营里程14.5 万千米，铁路隧道数16789 处，隧道长度19630 km。“十二五”、“十三五”期间，分别建成铁路隧道里程6038km、6592 km，年增加10%左右。

“十四五”期间，铁路投资额度预计3.5 万亿元，重点是川藏铁路、沿江沿海铁路、西部陆海新通道等重大工程，以及“八纵八横”主通道和五大城市群城际铁路。 公路投资额度预计13.5 万亿元，重点是国家区域重大战略涉及的公路新建和改扩建。

1 主要设备及特点

1.1 气动凿岩机

气动凿岩机的外形见图1，大量用于钻爆法进行隧道掘进。气动凿岩机结构简单、可靠，施工技术简单、灵活，设备维护简单，投资少，适用隧道断面范围很大，对工作面角度无要求，可多工作面同时施工，施工时占地小，对工地交通条件无要求。 不足之处是高效作业需多人多机，工作环境差，抗特殊地质能力差，需要进行二次衬砌。多台凿岩机利用桁架同时凿孔时的图片见图2。

图1

图2

1.2 凿岩台车

凿岩台车采用钻爆法进行隧道掘进，台车的外形见图3。 凿岩台车施工技术简单、灵活，适用隧道断面范围大，结构较为复杂，设备维护有一定的技术要求，投资较大、对工作面角度无要求，多个工作面可同时施工，施工占地小，对工地交通条件有要求，工作时噪音低，环境污染较小，抗特殊地质能力差；需要进行二次衬砌，凿岩台车钻凿隧道的图片见图4。

图3

图4

1.3 隧道掘进机（TBM）

1997年隧道掘进机在西康铁路秦岭终南山隧道使用以来，经过二十多年的不断完善，已在特长隧道中使用。 隧道掘进机具有机械化程度高、工作环境好、作业人员少、安全性好、隧道成洞质量高、抗不良地质能力强的特点。 不足之处是投资很大、成本高，需按隧道断面直径订制、制造周期长，对工地交通、场地条件有较高要求，需开一定长度的隧道或竖井，现场组装需大型吊车等辅助设备， 对隧道长度在经济性上有较高要求，设备故障处置成本很高。 隧道掘进机的图片见图5，大型吊车组装隧道掘进机时的图片见图6。

图5

图6

2 设备技术水平及市场现状

2.1 气动凿岩机

中国的气动凿岩机生产制造起步于上世纪50年代，发展于70年代，壮大于本世纪初。 1972年根据一机部矿山工程机械局矿技字86 号“关于气腿式凿岩机减少种类，提高产品质量等问题的函”及一九七二年全国凿岩机械及风动工具行业会议“关于气腿式凿岩机定型及有关问题的决定”，综合用户意见及1972年全国七个厂8 种气腿式凿岩机在北京大安山煤矿和南京梅山铁矿对比试验的结果， 定型出了7655、YT23、YT24、YTP26 等型气腿式凿岩机，在性能方面缩小了与国际水平的差距。 80年代开发定型YT27、YT28等型产品，通过十年持续改进，各项指标处于国际领先水平。 特别是隧道掘进采用辅助整体桁架，多台凿岩机全断面同时钻孔，其重量轻、使用灵活的特点显出了明显的优势，成为国内各矿山和隧道工程的主力机型。经行业统计及市场调查抽样分析得出的YT28、YT29A 型气动凿岩机的主要生产地区及市场占比见表1。 近年来，此类产品约占交通隧道工程市场份额90%以上。

表1

2.2 凿岩台车

八十年代，随着国家矿山、重点工程的建设需要，金川公司、大瑶山铁路隧道等国家重点工程，先后引进了瑞典阿特拉斯、山特维克、法国爱姆科以及日本古河等国家的多臂掘进钻车。国内行业厂家先后开始了液压掘进钻车和液压凿岩机的研制开发。 并与法国、瑞典等相关企业进行技术合作制造出相关产品，并通过了鉴定。 部分后进入凿岩台车行业的开拓者， 经过大投入，已进入了隧道工程，但国内产品与国际水平还有差距。 关键的液压凿岩机、液压泵、液压马达、阀及内燃机采用国外品牌，这意味着高价格。 凿岩台车主要生产地区有湖南长沙、河南新乡、河北、江西、浙江、江苏等地，现占交通隧道市场不到5%。

进入21 世纪， 随着社会的进步及人民生活水平的不断提高，人力成本的不断升高，国内液压钻车、 液压锚杆机等全液压凿岩设备飞速发展。随着科技进步，凿岩技术有了较大的发展，电子技术、液压技术、机械工程技术的成果广泛应用到液压钻车方面。 模块化、多功能化、大型化、智能化、 高速钻进化成了液压钻车的发展特点。目前国内主要用于隧道掘进的主要有徐工、鑫通、铁建重工、中铁装备等几家厂商的多臂全液压钻车，锚杆支护设备主要有宣化华泰的全液压锚杆机。如今，在国内掘进凿岩设备中，国产的凿岩设备市场份额不断增加，打破了国外跨国公司对凿岩设备的垄断。

2.3 盾构设备（TBM）

盾构机问世至今已有近200年的历史，其开始于英国，发展于日本、德国。 1965年上海市隧道工程公司成立，是我国最早进行盾构隧道试验的单位，1970年9月采用盾构法打通了中国首条过江隧道。

经过近六十多年努力， 在国家层面通过引进、收购、863 计划、首台套等多种方式，促进了盾构设备（TBM）的发展。 “十三五”以来，中铁重工集团、中交天和机械设备制造有限公司等制造的φ15 米、φ14.82 米规格不等的设备投入使用。2022年4月中铁装备公司制造的最高岩石抗压强度135 MPa 盾构机首次通过葡萄牙验收。盾构设备（TBM）以后将越来越多地参与到特长岩层隧道工程之中。

3 结束语

凿岩设备技术是综合性技术，反映基础研究水平、产品开发水平、制造工艺水平、材料与配套元件及管理水平。 “十四五”时期，西部地区仍将是发展重点， 随着乡村振兴战略的进一步实施，交通项目增多，凿岩设备的生产制造将呈现稳步发展的局面。