為世界隧涵建設提供中國動力

本刊記者 / 付有祥

七月，在1300多公里長的從烏魯木齊到尉犁、依吞布拉克到若羌，再到五個末子一線，到處都是一派車水馬龍、熱火朝天的景象。又一條連接新疆南北疆的高速大通道烏尉高速正在加緊建設中。這一切之中最驚心動魄的，是在巍峨的天山山間和山下的天山勝利隧道里。作為整個烏尉高速公路的“咽喉”工程，天山勝利隧道橫穿天山，海拔高度3200米，最大埋深1112.2米，全長22.035公里，建設工期六年，總投資約708億元，建成后將是目前世界最長的高速公路隧道。

天山勝利隧道的掘進和建設，是要在高寒、高海拔地質條件以及高環保要求下經受大斷層破碎帶、軟巖變形、巖爆、高地震烈度、高地應力等一系列世界性難題的挑戰。但這樣的大工程，中國敢干，能干！天山勝利隧道前期工程以兩臺新型TBM盾構機分別由進口端和出口端相向對掘與一臺新型TBM盾構機自隧道上下掘的方式進行。三臺盾構中天山號開挖斷面直徑8.43米，全長282米，重約2000噸，勝利號開挖直徑8.43米，全長282米，重約2900噸，都是針對隧道掘進地質特點量身定制。首創號開挖直徑11.4米，主機長約24米，重約1100噸，系世界首創超大直徑硬巖豎向掘進機。隧道采用國內高速公路隧道施工首次應用的“3洞+4豎井”施工方案，首創號專門為隧道2號豎井工程施工研發。2號豎井深達800米，是目前世界上最深的高速公路豎井，工程完工后也將是世界首個一次開挖成型的超大直徑硬巖大深度豎井。

事實上這僅是中國盾構機在全球許多重大建設工程中發揮巨大威力情形的一個縮影。

盾構機從其1818年由法國工程師M.I.布律內爾發明到現在，僅204年的歷史。發展演變到今天的現代盾構機，已早是一種結構復雜，研發生產涉及地質、機械、力學、液壓、控制、測量等多門學科技術，集光、電、傳感以及信息技術于一體的高新技術工程機械。

然而現在中國是全球盾構機研發制造能力最強，水平最高，年產量和保有量最大的國家。據不完全統計,目前國外盾構機的主要制造商有18 家,集中在日本和歐美,如日本的三菱重工、川崎重工,德國的海瑞克,美國的羅賓斯,意大利的賽里，法國NFM等。而在中國，至目前，盾構機研發制造企業已發展到了至少50多家，中鐵裝備、鐵建重工、中交天和、徐工集團、北方重工、上海隧道工程股份、成都南車隧道裝備以及三一重工、山河智能、徐工等名響世界。中國工程機械行業協會和市場規模前瞻產業研究院的數據是，中國2017年、2018年、2019年和2020年四年的全斷面隧道掘進機生產總數分別是561臺、580臺、640臺和655臺，市場規模分別達到92.66億元、90.82億元、92.15億元和121.59億元，中國自己研制的盾構機在為中國自己掘出一條又一條令世界驚嘆的奇跡一般的全球最長、最大、最美、最奇絕的隧道，為中國的大基建涂上了一筆又一筆濃墨重彩的同時，也昂首走向世界，開始以一種強大的力量改變世界基建面貌，成為全球銷量最大的盾構機供應國，占據著2/3以上的全球市場，許多令國外業界瞠目的盾構領先技術都出自中國。

事實是中國從1953年才開始采用盾構進行隧道修建，晚了國外128年。在2000年前的好長時間里，在盾構機領域，中國所用，基本上都是要么進口，要么主要部件進口，國內工廠拼裝組合，核心技術長期被國外技術壟斷。

責任和擔當，激發著著中國建設者們的報國之心和昂揚斗志！

國家決定在較短時間內完成盾構國產化。2001年，“土壓平衡盾構關鍵技術研制”被列入“863計劃”項目。隨之，中國中鐵在河南新鄉組建了盾構研發項目部，一支由18位技術骨干組成的研發團隊，“盾構夢之隊”，入部開始盾構研發。

而同時，上海隧道工程股份有限公司、北方重工集團等的一些國內制造企業也行動起來。

中國盾構研發的道路由是打開，中國基建開啟了新征程。

2003年，中鐵盾構研發項目部建起盾構實驗模擬平臺，并列入863計劃。2004年10月，上海隧道工程股份有限公司推出第一臺具有自主知識產權的“先行號”地鐵土壓平衡盾構樣機，終結中國不能生產盾構機的歷史。2006年，中鐵盾構研發項目部自主研發出國內直徑最大、控制點最多、功能最齊全，具有自主知識產權的盾構控制系統實驗平臺。2006年底，“先行2號”盾構在滬制造安裝完成并正式下線。這款盾構的研發制造過程中，上海隧道工程股份在刀盤驅動、遙控拼裝機、螺旋機等七大關鍵技術上取得創新，達到同類設備國際先進水平，盾構機取得22臺訂單，先后應用于上海、南京、杭州等地軌道交通工程，首次實現國內地鐵盾構批量生產。2007年，北方重工集團兼并了法國NFM公司，直接占據盾構機技術領域高起點。2008年4月，由中鐵盾構研發項目部成長為中鐵隧道集團隧道設備制造公司即中鐵裝備牽頭研制的復合盾構“中國中鐵1號”下線，成功地實現從“造中國人自己的盾構”跨越到“造中國最好的盾構”夢想。2009年這一年，3月，北方重工集團斬獲39臺全斷面掘進機合同。同年的9月9日，直徑為11.22m，上海隧道股份的具有自主知識產權的大直徑泥水盾構“進越號”處女作上海打浦路復線隧道的順利貫通，從設計研發到制造施工共形成國家發明專利12項、實用新型專利1項、計算機軟件著作權4項，榮獲2010年中國國際工業博覽會金獎第一名。而且，在這一系列之中，2009年，中鐵裝備自主研制的符合國際BS標準的Φ6.64m鉸接式復合土壓平衡盾構銷往新加坡，開創了國產盾構打入國外市場的先河。

就是那般，中國盾構人，以非凡的努力，在那個時間點上，一鼓作氣將中國推入了具備大直徑泥水盾構自主設計、制造和施工技術的盾構大國行列。2010年，中國的盾構機年產量達到50余臺，在其時的全國大基建市場中占有率，已是超出了60%，且這一年下線的“開路先鋒19號”土壓平衡盾構機以高達87%的國產化率，讓原本均價在1.5億元左右的“洋盾構”，立即在中國被迫降價30%。

2011年2 月，上海隧道股份在新加坡C926地鐵項目的市場公開競標中一舉“挫敗”德國海瑞克等8家國外知名廠商再斬獲6臺復合式土壓平衡盾構訂單，創下中國首個盾構批量出口記錄。

2012年3月,中交天和研發制造刀盤直徑達到14.93 米的泥水氣壓平衡復合式隧道掘進機＂天和號＂試車。此機為時世界最大泥水氣壓平衡式隧道掘進機，且在挖掘高難度的硬巖層和粘土復合層及實現泥水氣壓平衡要求等關鍵技術難題上實現了一系列重大突破。其刀盤配置刀具最多可達717個，標志著中國復雜隧道建設裝備技術達到世界先進水平。

2012年12月，中鐵科工集團軌道交通裝備公司造直徑6.66米漢產盾構機發往印度新德里。

元動作單元作為數控機床的基本組成單元，其故障模式多種多樣，而且不同的故障模式對整機功能的影響也有所不同，將故障影響、經濟損失、檢測難度和維修難度作為分級標準，本文將元動作單元的故障模式分成3個等級：關鍵故障、主要故障和次要故障。

2013年8月，北方重工成功拿到澳大利亞悉尼4臺直徑7.01米雙護盾硬巖掘進機供貨合同。

2014年1月，中鐵裝備成功收購掌握世界TBM技術和生產能力三大企業之一的德國維爾特公司硬巖掘進機知識產權及品牌使用權后，在德國成立中鐵克瑞格公司。

2014年10月，三三工業收購卡特彼勒加拿大隧道設備有限公司，完成“蛇吞象”并購，一躍成為在隧道掘進機領域內全球三巨頭之一。11月，其Φ3.9m復合式土壓平衡盾構機出口土耳其。其為中國首臺出口海外小直徑土壓盾構機。

2015年10月，中鐵裝備與以色列簽訂一次性出口以色列6臺大直徑土壓平衡盾構機合同簽訂。

2016年3月，中鐵裝備首臺矩形盾構出口海外始發，英國最大的行業周刊《新土木工程師》刊發題為《變形—東海岸矩形TBM》作詳盡介紹。這一年，中鐵裝備向新加坡提供10余臺盾構機。

2016年7月17日，中鐵裝備造世界首創“馬蹄形”盾構成功下線。此機盾體采用梭式結構，刀盤采用九個小刀盤同組成一個馬蹄形斷面的創新組合方式,九個刀盤既可同時轉動，也可單個轉動、任意組合轉動和不同方向轉動，首創全球隧道新型開挖模式。

2016年12月，由上海隧道工程公司聯合寧波軌道交通集團、上海市隧道工程軌道交通設計研究院、同濟大學、上海交通大學等單位歷時三年聯合設計研發研發的世界最大類矩形全斷面隧道掘進機“陽明號”通過由多位院士和業內權威專家組成的專家組項目驗收。這臺盾構機打破傳統圓形設計思路，采用類矩形設計，解決了兩臺單圓盾構機同時作業造成的地下空間浪費、容易入侵周邊建筑基礎，一臺雙圓盾構機作業容易導致沉降控制能力不足的問題，是中國隧道工程裝備領域的重大突破，至目前全球依只上海隧道工程一家公司掌握這一技術。

2017年7月，中國鐵建一次5臺盾構機首次出口俄羅斯。這是中國盾構機首次打入歐洲市場，緊接著，土耳其、丹麥、意大利、法國、澳大利亞、印度等，總計數十個國家和地區的城市軌道、引水工程等基建項目進用中國盾構機。

2019年12月，中鐵工程裝備集團為盾構機發明國法國采買用于巴黎地鐵16號線建設而研發制造的兩臺大直徑土壓平衡盾構機下線。

就是如此，中國盾構與中國建設同振共進，并堅持國際化發展戰略，緊跟國家“一帶一路”倡議，在全面滿足了隨著經濟的飛速發展漸成長為全球最大的盾構機市場的中國自己市場的同時，昂首走向世界，為世界軌道交通建設提供了中國裝備、中國方案、中國智慧。2013年、2014年、2015年、2016年、2017年、2018年和2019年七年，中國盾構機產品國產化率分別是81.7%、89.6%、93.1%、95.9%、99.9%、98.5%和96.2%；進口數分別是30臺、13臺、11臺、4臺、5臺、9臺和22臺，而出口數分別達到90臺、59臺、58臺、66臺、130臺、127臺和160臺。中國盾構，在全球強勢逆襲，遠銷海外，同中國高鐵等一樣，成為一張“制造名片”。

從2020年開始，世界經濟在新冠疫情來襲以及其他不確定復雜因素增加的情況下，中國的盾構機研發制造卻是逆勢上揚，

2020年9月，由鐵建重工、中鐵十四局集團聯合研制的“京華號”超大直徑盾構機下線。該機整機長150米，總重量4300噸，最大開挖直徑達16.07米，成為中國迄今研制的最大直徑盾構機，填補了超大直徑泥水盾構隧道同步雙液注漿技術空白。

2020年9月29日，具有里程碑意義的中國中鐵自主研制第1000臺盾構機的Φ8.64m的土壓平衡盾構機粵海14號下線。

2021年10月，中鐵工程裝備的盾構機專利數達到1044個，位居全球首位。

2021年12月，中鐵裝備集團自主研制的世界首臺全斷面硬巖豎井掘進機“中鐵599號”在浙江寧海實現井下無人掘進成功，創全球豎井掘進機領域新時代。

2022年4月，中國出口海外直徑最大，總裝機容量9000千瓦，總重2500噸，長270米，代表著世界先進水平的敞開式TBM盾構機經中交天和建設者歷時三個月的組裝調試，在馬來西亞東海岸鐵路項目順利始發。

天山上的風在吹。和靜縣烏拉斯臺查汗村不遠處的綠色山野間馬頭琴聲在伴奏著世上最美的贊歌。天山勝利隧道內，隧道外的山谷間，隆隆機聲浮升至高空中，給天鷹的翅膀負了，飛向遠方。2022年1月5日，出口端服務隧道掘進完成45%施工任務。6月7日，隧道中導洞累計掘進11194.37米。就是如此，三年多時間去，奮戰在天山勝利隧道的各建設團隊緊緊圍繞TBM掘進機科學組織施工，統籌推進安全、質量、環保，大力開展科技攻關，不斷優化施工工藝，成功穿越多個斷層破碎帶，攻克多項世界級難題，創下隧道日進尺30.15米、月進尺500.2米施工紀錄。

天山勝利隧道預計2025年建成通車。目前，建設團隊正在以一種“缺氧不缺精神”的斗志和“交融天下、建者無疆”的精神，向著12000米的新目標進軍！