攜手奮進打造“地下航母”
——隧道掘進機

2014 年12 月27 日，我國擁有自主知識產權的首臺國產大直徑全斷面硬巖隧道掘進機(敞開式TBM)正式誕生。這臺TBM 由中國鐵建重工集團股份有限公司(鐵建重工)牽頭研制成功，打破了國外對TBM 的長期壟斷，填補了我國大直徑TBM 的空白，標志著我國在大型高端裝備制造領域取得重大突破。

一、 首臺國產隧道掘進機誕生，攻克世界級難題

盾構機是指作用于軟土地層的隧道掘進機，而作用于巖石地層的隧道掘進機稱為TBM。相比于盾構機，TBM 在技術工藝上更復雜，可以應用于較嚴峻的工程狀況，產品附加值也更高。TBM 以其自身的優越特點，被稱為工程機械的“航空母艦”和“掘進機之王”，可以說它是目前最先進的大型隧道施工成套裝備。我國首次使用TBM 施工是在20 世紀90 年代初，TBM 被用于西康鐵路秦嶺隧道，設備及施工技術全部由國外引進。這一次的成功嘗試使得TBM 相繼在我國重大鐵路、引水隧道工程中得到推廣應用。然而在隨后的十幾年內，國外對TBM一直處于長期壟斷狀態，我國只能依賴進口，這成為國產高端地下工程裝備自主化的薄弱環節。2014 年12 月27 日，我國擁有自主知識產權的首臺國產大直徑敞開式TBM 在長沙順利下線，填補了我國大直徑全斷面硬巖隧道掘進機空白。很難想到的是，填補這一空白的是一支年輕的“80 后”團隊。這支由鐵建重工掘進機研究設計院工程師組成的團隊雖然稚嫩，但是他們以團隊的智慧和協作的精神為地基，建成了一座屬于中國大型高端裝備制造領域的高樓。作為團隊技術負責人的龍斌接手這項重任時也感覺到壓力大，畢竟在隧道施工中會面臨很多地質難題?！皬牧闫鸩剑绾窝兄瞥鍪着_樣機”是擺在研發團隊面前的第一道難題。

研發團隊首先從圖紙的設計著手，反復審核了約3 000 張機械部分圖紙，從參數配置、主機及后配套系統布置、刀盤刀具、主梁支撐推進系統、液壓系統、電氣系統等方面進行個性化、定制化設計。其中，研發團隊成員考慮到隧道施工最大的噩夢莫過于掘進機刀盤在進行作業時遇到卡死的狀況。刀盤是無法更換的，如果遇到刀盤卡死的情況，只能通過人工清理渣滓，工期往往會延長一兩個月甚至半年。研發團隊成員冥思苦想用什么裝置才能更好、更有效率地驅動刀盤。龍斌和團隊成員想到超過7 m 直徑的大型掘進機至少要配有8 個電機，如果他們將其中一個換成液壓馬達，是不是可以解決卡機問題？龍斌拿著圖紙介紹說：“團隊成員都在想如果能設計出用液壓馬達和電機雙機驅動的掘進機，就可能可以完全解決卡機問題！”經過團隊成員的不懈努力，他們研發出了能讓掘進機起死回生的驅動軸，只需要30 min 就可以修復卡機問題。這一突破性的研發成果使他們破解了困擾挖掘行業50 年的世界級難題——卡機，也為中國制造贏得了尊嚴。

像這樣的技術難題不止一個，團隊成員同心協力相繼攻克了單護盾式、雙護盾式及雙模式等多種類型TBM。經過連續3 年的緊張技術攻關，2014 年12 月，國產首臺大直徑TBM 在長沙順利下線。這臺大直徑敞開式TBM開挖直徑7.93 m，總長180 m，總質量達1 500 t，裝機功率超過5 000 kW，集隧道開挖、支護、出渣、通風、排水等功能于一體，掘進精度達到毫米級，能安全、環保、高效地一次完成隧道施工。

然而，研發團隊并沒有因為首臺樣機的研制成功就停下腳步，他們面臨的第二輪考驗是設備能否成功高效掘進。2015 年1 月，樣機開始陸續抵達工地進行組裝，在零下30℃的室外，他們要呆七八個小時確保樣機的順利安裝。雖然他們要面臨嚴酷的環境條件，但這一切的付出是值得的。這臺設備不僅打破了國內敞開式TBM 施工紀錄，而且開創了TBM 同類斷面施工之最，設備性能和施工水平整體都達到國際領先，并且與同類進口產品相比價格便宜5 000 萬元以上，國外進口產品往往只擁有20 km 的壽命，而國產TBM 能夠達到30 km。這臺設備推動了國產TBM 產業核心技術達到世界領先水平、市場份額實現后來居上的驚人蝶變。

以掘進機為代表，中國工程機械領域液壓、變頻、控制系統等核心技術，都取得了關鍵突破，中國在工程裝備上的研發和制造實力已經絲毫不遜色于任何競爭對手。

國產首臺TBM 自主化攻關，龍斌和團隊扛起了大國重器自主研發的責任。從推動國產TBM 打破國外壟斷，到推動產業向著超長距離、超長壽命的高端化邁進，龍斌和團隊不負青春和使命。他們不僅實現了隧道掘進機產業從無到有、從有到大的快速成長，還成為產業蝶變的發展引擎，創造了從“蹣跚學步”到行業領跑的發展奇跡。

二、 自主攻關首臺土壓平衡盾構機，實現“彎道超車”

十幾年前，由于國外隧道掘進機市場的壟斷，我國的地下工程幾乎都是靠著進口設備來完成?？墒前嘿F的費用、供應不及時的零配件及跟不上的服務，這些痛點讓科研人員意識到，不能永遠低聲下氣地跟在別人身后，中國的高端地下工程裝備必須實現自主創新。因此，鐵建重工從籌集人才入手，決定自己干，就這樣開始了自主研發盾構機的第一步。萬事開頭難，盾構機的研發更是難上加難。在非常艱苦的條件下，大半年的時間，團隊出了10 多萬張圖紙，做了無數次優化。

修改、優化，循環往復。最終在2010 年，我國首臺土壓平衡盾構機自主研制成功，國產化率達到87%。這使得進口盾構機在中國市場被迫降價30%。有了一次成功的經驗，鐵建重工不斷地向前看，致力于研發原始性、首創性產品和技術。技術創新的強大動力，促使鐵建重工不斷利用核心關鍵技術，實現產品研發到產業化的無縫銜接，相繼研發了七大系列、50 余個規格的盾構機產品，不僅滿足國內基礎建設的需要，更是走出國門，出口至俄羅斯、土耳其等“一帶一路”國家。

隧道掘進機產業后發趕超的關鍵離不開“堅持原始創新、集成創新、協同創新的自主創新模式，完成逆襲突圍，快速領跑行業”，鐵建重工掘進機研究設計院的成功絕非偶然，鐵建重工通過創新科研項目管理制度，讓科技創新跑出“加速度”：實行研發項目制，以科研項目代表“戰區”，以各研究院、各研究所代表“兵種”，以科研項目為紐帶，將不同專業、不同研究院的研發人員協同起來，實現“兵種+ 戰區”的研發自組織模式。項目總設計師實行競選制，通過推薦、自薦或公開競聘等方式任命總設計師、副總設計師，再由總設計師甄選項目組成員，通過項目制的自由組合，打造跨部門、高效率、開放式協同研發團隊。

三、 出口11米級大直徑盾構機，走出超強底氣

2019 年9 月，由中國自主研制的直徑11 米級盾構機于上海發往莫斯科，參與莫斯科地鐵建設。這臺11 米級、總質量1 700 t 的盾構機是有史以來我國出口歐洲直徑最大的機械設備，是名副其實的“地下巨無霸”。由于莫斯科所需施工隧道位于莫斯科河畔，地面交通繁忙、建筑密集，需連續掘進3 000 m，以大直徑斷面側穿莫斯科河，最小水平轉彎半徑僅400 m。這樣惡劣的條件及更苛刻的環境對盾構機提出了更高的要求。為解決這一問題，研發人員通過對主機增設鉸接和超挖功能，輔以浮動支撐結構推進系統，使整機具備300 m 半徑的轉彎能力。

由于俄羅斯的氣候特點、地質結構都與國內具有較大的區別，因此，研發人員結合實際情況，研發適合當地環境的盾構機。盾構機采用防寒設計，在零下30℃低溫環境中可以正常掘進。在地質適應性設計上，盾構機采用強度、剛度更高的六輻臂重型復合式刀盤結構，配置19 寸大直徑重型滾刀，可以應對120 MPa 以上的巖層、卵石等復合地層。

近年來，越來越多鐵建重工的設備憑借過硬質量贏得海外客戶青睞，“走出去”參與重大工程。在鐵建重工長沙第二產業園的車間里，一臺將被發往秘魯的敞開式TBM 靜靜矗立，工人們正在按步驟調試、拆機。不久的將來，它將用于圣加旺水電站隧洞工程建設，在圣加旺水電站隧洞工程最大硬度達到150 MPa 的巖體環境中施工。這臺TBM 集機械、電氣、液壓等技術于一體，適合在圍巖穩定性好、中高強度巖層環境中掘進，具有施工速度快、效率高的優勢。

十幾年前中國幾乎所有的高端地下裝備全部依賴進口，如今中國的掘進機在全球占據了2/3 的市場份額，國產設備在國內市場占有率達到90% 以上。中國的掘進機在國外市場實現了從無到有、從有到強的轉變。在這背后彰顯的是，10 多年來中國地下裝備制造技術和質量發生的翻天覆地的變化，中國制造“走出去”更有底氣了。

逢山鑿洞，從鋼釬大錘的手工勞作，到風槍電瓶車等小型機械運用，再到鑿巖臺車盾構機……中國的隧道技術日新月異，征服各種世界級的復雜地質條件，實現了隧通天下！中國隧道掘進技術的發展歷程很艱辛，鐵建重工研發團隊在艱辛中磨練意志，錘煉修養。在未來，必將直掛云帆濟滄海。