國產“鉆地龍”的逆襲

季海

盾構隧道掘進機是挖掘隧道專用的工程機械，簡稱“盾構機”，至今已有近200年的歷史。

由來

18世紀末，法國工程師布魯諾爾發現一種叫“船蛆”的軟體動物，寄生在木船上，以木料為食。

它看起來像蠕蟲，實際上卻是一種蛤，一端有兩片薄而小的貝殼，另一端有兩根管子。當它鉆進木頭里時，管子便伸出孔外，一根用來攝食和呼吸，一根用來排泄廢物。同時，它會分泌一種液體，在孔壁上形成保護殼。

布魯諾爾從中獲得靈感，發明了一種挖掘隧道的設備。它能一邊挖土，一邊安裝支撐防護設備。這就是最初的盾構機。

1825年，布魯諾爾發明的矩形盾構機應用于倫敦泰晤士河隧道工程，但過程并不順利。經過漫長的改良調整后，新的盾構機在1835年投入使用，又經過數年施工，泰晤士河水底隧道終于在1843年建成。

盡管這種盾構機意義非凡，但仍沒有擺脫手掘的束縛。人們把這種盾構機稱為“第一代盾構機”。

后來，盾構機采用壓縮空氣的方式，用機械開挖代替了人工開挖。人們把這種機械式和氣壓式盾構機稱為“第二代盾構機”。

第三代盾構機則包括泥水平衡式盾構機和土壓平衡式盾構機。泥水平衡式盾構機將棄土以泥水的形式排出，土壓平衡式盾構機則將棄土從出泥艙排出。

第四代盾構機以大直徑、大推力、大扭矩以及高智能化和多樣化為主要特色，在當代隧道建設中發揮著重要作用。

經過兩個世紀的發展，如今的盾構機已經變為集多種高科技于一體的尖端設備，廣泛應用于地鐵、鐵路、公路等隧道工程，有“鉆地龍”的美譽。

原理

現代盾構機全身包裹著金屬殼體，非常堅固，可以抵抗地層的坍塌和擠壓。它的前部有個大刀盤，像一把巨型電動剃須刀。刀盤每轉一圈，就能切削很多泥土，即便是堅硬的巖石也不在話下。刀盤后方是一個收集渣土和碎石的土艙，連接著螺旋輸送機和傳輸皮帶，可以將泥土不斷運送到后方的拖車中，再傳送到地面，工作效率很高。

崛起

20世紀90年代，中國還無法生產盾構機，只能從發達國家進口。進入21世紀后，中國雖然仿制了一些盾構機，但限于技術落后無法推廣應用。隧道工地上的盾構機，大多來自德國和日本。

進口盾構機不僅價格昂貴，售后服務和維修也都不方便：外國工程師在維修時，不允許中國技術人員在旁觀看，理由是保護知識產權。因此，如果不能改變這種局面，盾構機的“話語權”會一直掌握在他人手里，中國在未來將十分被動。

從2002年開始，中國致力于制造最好的盾構機。中華人民共和國科學技術部將盾構技術研究列入國家高技術研究發展計劃，決心實現中國盾構技術的歷史性突破。

2004年，第一臺具有自主知識產權的“先行者”地鐵盾構機推出。

2006年，擁有33項技術專利的“先行者2號”盾構機正式下線，首次實現中國地鐵盾構機的批量生產。

2008年，中國第一臺具有自主知識產權的復合式土壓平衡盾構機——“中國中鐵1號”下線，一舉打破了德日美三國在盾構機方面對中國的技術壟斷和封鎖。

2009年，大直徑泥水平衡盾構機“進越號”誕生，中國具備了大直徑泥水盾構機的自主設計和制造能力，成功邁入盾構機大國行列。

2010年，中國首臺自主研制的土壓平衡盾構機“開路先鋒19號”橫空出世，零部件國產化率達到87%。從此，進口盾構機在國內的市場份額大幅下降，價格不斷跳水。

超越

2017年10月26日，直徑達15.03米的泥水平衡盾構機下線。它的誕生，成功打破了國外品牌多年一統全球超大直徑盾構機的局面。2018年9月29日，直徑達15.80米的泥水平衡盾構機下線，標志著中國盾構機的設計制造邁向高端化，進一步加快了中國在地下空間開發工程裝備領域由制造大國邁向制造強國的步伐。

如今，中國已全面掌握盾構機的核心制造技術，并推動了掘進機器人的研發朝智能化方向邁進。中國的盾構機不僅在國內市場占有率達到90%，還出口到21個國家和地區，在全球市場占據了2/3以上的份額。雖然仍然有很多技術難題等待攻克，但只要我們堅守初心，百尺竿頭，更進一步，未來的中國盾構機將會迎來更大的輝煌！