提到大國重器

你能想到什么？

航空母艦、載人飛船、核潛艇？

(資料圖片僅供參考)

沒錯

這些高精尖科技一直讓我們引以為傲

但小編第一個想到的是

盾!構!機!

這個龐然重物有幾層樓高、上千噸重

它長期服役于地下空間

卻默默地為我國隧道建設做著巨大貢獻

誰說站在光里的才算英雄?

什么是盾構機，分類有哪些？

盾構機是盾構掘進機的簡稱，是一種集開挖、支護、推進、襯砌等多種作業于一體的大型施工機械，其前端設有支撐和開挖土體的裝置，中段裝有頂進所需的千斤頂，尾部裝有拼裝環片。盾構法是指以盾構機這種施工機械在地面下暗挖隧道的施工方法，隧道掘進、襯砌拼裝在鋼殼體保護下完成。

▲超大直徑泥水平衡盾構機“強國號”。圖源：中鐵二十二局

歐美國家將全斷面隧道掘進機統稱為TBM。日本則一般統稱為盾構機，細分可稱為硬巖隧道掘進機和軟地層隧道掘進機。

據中鐵裝備相關負責人介紹，我國的全斷面隧道掘進機按照應用地質條件不同分為硬巖掘進機、土壓平衡盾構機、泥水平衡盾構機。國內習慣把前一種稱為（狹義）“TBM”，把后兩種簡稱為（狹義）“盾構機”。該類設備被稱為“工程機械之王”，集機械、電氣、液壓、傳感、信息、力學、導向研究等技術于一體。一臺盾構機動輒幾層樓高，重幾千噸，零部件上萬個，僅控制系統就有2000多個控制點。

在巖石中開挖隧道的TBM：通常用這類TBM在穩定性良好，中、厚埋深，中、高強度的巖層中掘進長大隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是如何破巖，保持掘進的高效率和工程順利。

在松軟地層中掘進隧道的TBM（國內通常稱為狹義盾構機）：通常用這類TBM在具有有限壓力的地下水位以下的基本均質的軟弱地層中開挖有限長度的隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是空洞、開挖掌子面的穩定、市區地表沉降等。

盾構法和盾構機起源于哪里？

最早進行盾構法研究的是法國工程師M.l.布律內爾，他于1825年在英國倫敦泰晤士河下用一個矩形盾構建造了世界上第一條水底隧道。

▲盾構法創始人法國工程師布律內爾。圖源：青春中交

1846年，比利時工程師毛瑟就在修建法國到意大利的鐵路中設計了一個名為片山機的挖掘機，這被認為是盾構機的鼻祖。

1847年，英國人J.H.格雷特黑德第一次在黏土層和含水砂層中采用氣動盾構法施工，為現代化盾構法施工奠定了基礎。

此后，德國、日本、法國、蘇聯等國家把盾構法廣泛用于地下鐵道和各種大型管道的施工。中國自1953年開始，先后將盾構法用于各種大小隧道和地下工程施工。從簡單的人工掘進盾構機發展到今天的全斷面隧道機械化掘進的土壓平衡式或泥水加壓式盾構機已經歷了200余年。盾構機發明于法國，發展于日本、德國，壯大于中國。

▲2008年，中國中鐵1號盾構機下線。

盾構機在我國的發展歷程

實際上，中國可追溯到的第一臺盾構機的使用是在1963年，但那個時候乃至之后很長一段時間，盾構機在中國都是作為技術驗證機的方式存在。

隨著我國經濟快速發展，進入千禧年的中國到了交通建設重要發展階段。2009年之前，我國大約有85％的盾構掘進機依賴進口。其中，占據歐洲大半市場份額的德國海瑞克，以產量1670臺居世界首位的三菱重工，以及擁有多個品牌的德國維爾特的表現最為搶眼。其中海瑞克就占據國內盾構機市場的70％以上。

作為我國盾構機史上最憋屈的那段時間的親歷者，周文波與譚順輝怎么都沒想到，僅僅不到10年，那些曾經在中國工程師面前趾高氣揚的“洋師傅”，現在居然成了要仰望我們的存在。

而他們，后來也成為了中國盾構機兩個不同技術領域突破項目的領軍人物。

周文波，在地下工程中力學問題的研究、隧道工程智能化研究、國產盾構產業化發展等方面有突出貢獻，長期致力于隧道施工領域的技術研究和科技創新工作，尤其在隧道工程施工智能化管理、隧道工程施工技術前瞻性研究、國產盾構（國家863項目）的產業化發展等方面進行了不懈的探索和研究。現任上海隧道工程股份有限公司總裁。

譚順輝，曾任中鐵隧道裝備制造有限公司副總經理、總經濟師，中鐵工程裝備集團有限公司黨委書記、董事長。

案例一：使用日本進口盾構機

1989年，我國首次將盾構機應用在地鐵施工領域。然而真正大規模在城市地鐵施工領域使用盾構機是在1994年。當時國家提出構建上海浦東新區，要開挖穿越黃浦江的地鐵隧道。為了保證施工安全、提升施工速度，我國首次使用從日本引進了直徑為11.22米的泥水平衡盾構機。

然而，日本專家在操作盾構機推進一段距離后突然停下了。原因是根據日本的操作規范，這種類型的盾構施工覆土必須大于10米，但黃浦江里最小的覆土只有7米，這讓日本工程師束手無策。而且日本工程師死摳教條，不但不接受中國工程師相應的建議，甚至不允許中國工人接近盾構機的駕駛室和控制中樞。要知道工程每停工一天，就會造成高達一百多萬元的損失，這讓很多工程人員無計可施，周文波便是其中一位。

最后周文波向指揮部立下軍令狀，中方也向日本公司提供了免責證明，最終換取了中國技術公關小組前往解決問題的機會，而且最終問題也被周文波帶隊解決。

案例二：使用德國進口盾構機

1997年，國家修建西康鐵路需要穿過秦嶺，單純靠人工的話，不僅要花費大量的物力、財力，并且還會隨時面臨洞口坍塌的可能。同年7月，我國向德國公司定制了兩臺TBM盾構機，除去其每臺3億美元的單價，若加上后續服務費及安裝維修費，足足支付了7億美元。

然而在施工過程中問題頻出，德國公司并不信任在場的中國工程師，連換刀頭這樣的工作都不允許中國工人接近，還要在周圍拉出封鎖線。

作為國家選中服務這兩臺盾構機的第一批技術員，譚順輝被國家不惜重金送到德國學習了半年，但回來德方卻不讓他們接觸這臺盾構機的核心技術。

更令人氣憤的是，在安裝過程中，譚順輝發現了德國工程師在圖紙上的錯誤，但德方的回復卻說，向德國公司每提一個問題就要交1萬美元。為了解決問題，中方指揮部不得不向德國公司額外支付了20萬美元，并由他們的工程師從德國飛到中國處理本身由他們失誤造成的問題。

當時德國專家嚴守8小時工作制，甚至從走出家門就開始計算費用，每小時的工資就達到了600到800歐元，周末絕不加班，設備出現問題后只能等到工作日解決，而這樣的大工程停工一天就會損失幾百萬元人民幣。

德方工程師曾在私下場合傲慢地表示，“再給中國工程師100年也玩不轉盾構機”。這幾乎成為當時所有鐵路建設工程師心中最大的恥辱。

德國工程師的打臉來得非常快。由于錯誤估計了秦嶺山石的特性，盾構機刀盤上使用的大推力滾刀刀圈經常損壞。一開始德國公司還以工程進度過快為由強詞奪理，但在中方指揮部列出的詳實數據面前，最終敗下陣來，不得不答應由中方指揮部組織工程師攻關，找到解決辦法。

當時鐵道部認為這是一個了解盾構機并產生配套技術的好機會，于是組織中鐵隧道工程局、中鐵十八局、中鐵一院，以及有關科研單位和院校，共同努力展開相應科研工作。

最終針對這個問題，聯合攻關小組找到了解決方案，生產了有我國自主知識產權的盾構機刀頭，并改變了刀刃的截面形態。后期現場施工實驗可以看出，在磨準率和使用壽命方面，我國研制的產品都超過德國公司的原配產品，關鍵價格只是德國公司產品價格的1/3。

因為刀頭是損耗品，僅刀頭國產化一件事就為整個項目施工節省了近3000萬美元的開支。通過此次秦嶺隧道對德國TBM盾構機的使用和后續維護中技術參與，初步鍛煉了國內對盾構機研發力量的組織，振奮了我國企業研發、制造、應用隧道盾構機的信心。

我國盾構機發展歷程

2008.04

依托國家863計劃，由中鐵隧道集團牽頭、浙江大學、華中科技大學、天津大學參與研制的中國首臺復合盾構——中國中鐵1號，成功地實現了從“造中國人自己的盾構”到“造中國最好的盾構”技術突破。

2008.12

在上海打浦路復線隧道工地，1臺由上海隧道工程有限公司牽頭，聯合浙江大學、中鐵隧道集團，成功研制的具有完全自主知識產權的國產大直徑泥水平衡盾構（11.22米）始發。

2020.09

位于河南鄭州的中國中鐵工程裝備集團盾構總裝車間內，一臺直徑8.64米的土壓平衡盾構機（粵海14號）正式下線。這是中國中鐵自主研制的第1000臺盾構機。這一天，車間標語“造中國人自己的盾構，造中國最好的盾構，造世界最好的盾構”顯得格外醒目。

2021.04

從中鐵工程裝備集團有限公司獲悉，在法國大巴黎地鐵16號線2標段上，由該公司自主研制的“中鐵777號”日前順利始發，這標志著中國盾構機成功首秀盾構機發明國。

2021.08

在北京東六環改造工程施工現場，盾構機“運河號”成功始發，開始掘進。這臺盾構機開挖直徑達16.07米，是我國迄今研制具有完全自主知識產權的最大直徑泥水平衡盾構機。

2022.04

我國首臺全國產3米級主軸承盾構機“中鐵872號”破土而出。

2022.12

上海機場聯絡線工程11標項目首次實現盾構機掘進由“人工為主、智能為輔”到“智能為主、人工為輔”的產品迭代和技術升級，標志著我國盾構隧道智能建造技術已達到世界領先水平。該項目所使用超大直徑氣壓泥水平衡盾構機“虹浦號”，已掘進隧道3000多米，創造了超大直徑盾構機月度掘進650米的全國最高紀錄以及單日掘進16環、32米的世界新紀錄。

“上天有神舟，下海有蛟龍，入地有盾構”。作為“入地”利器，盾構機在某種程度上代表一國基建實力，是大國建設必不可少的核心裝備。從自力更生、自主研發，到走出國門、成為亮眼的中國名片，再到突破關鍵技術、讓民族盾裝上“中國芯”，中國盾構人一路走來，著實不易。12載春秋，中鐵1號到1000號，見證了以中鐵裝備為代表的中國企業艱苦攻關的奮斗史，更見證了國產盾構從無到有、從有到優、從優到強的逆襲歷程。

▲中國首臺超大直徑盾構機“天和號”，直徑15.03米，用于南京緯山路過江通道項目。

歷史和實踐證明，技術封鎖、產品壟斷，只會讓我們更強大。只有掌握核心技術和關鍵零部件，才不會受制于人。

為中國盾構人點贊！

關鍵詞：

站在盾構隧道中國德國中鐵我國施工工程師工程

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