精確遁地智能穿江 中國盾構機書寫大國傳奇

　　大臉盤，長滿鐵齒鋼牙，專門“啃”硬巖、“吞”沙土；身披鋼鐵盔甲，外可擋壓力防坍塌，內可由螺旋輸送機將渣土運出。盾構機每掘進一段距離，便停下“歇歇”，用預制好的混凝土管片拼裝隧道。隧洞挖完之日，就是隧道建好之時。

　　盾構機，被譽為“工程機械之王”，是挖掘地下空間、暢通路途的最佳幫手。我國90%以上地鐵隧道以及穿越大江大河的隧道，大都采用盾構法施工。

　　在11月18日的國家科技傳播中心，燈光璀璨的“新天工開物——科技成就發布會”盾構裝備工程專場上，國之重器“京華號”的傳奇故事再次被講述。與它一同亮相的，還有中國盾構機從技術追趕到全面領跑的奮斗軌跡。

　　2020年9月27日，一場特殊的“下線儀式”在車間里舉行——當紅色幕布緩緩落下，國產首臺16米級超大直徑盾構機“京華號”露出真容，這艘“地下航母”全長150米的鋼鐵身軀上，京劇臉譜涂裝格外醒目，直徑16.07米的刀盤如巨輪舵盤般厚重，第四代常壓換刀系統、伸縮主驅動等核心部件暗藏其間。

　　時隔八個月的2021年5月，“京華號”在北京東六環改造工程開啟征途。刀盤轟鳴著啃下堅硬巖層，泥漿環流系統有序輸送渣土，中鐵十四局集團有限公司（以下簡稱“中鐵十四局”）項目團隊圍繞這臺“巨無霸”展開一場場技術攻堅。當它連續掘進近7.4公里實現貫通時，這條“地下鋼鐵巨龍”完美演繹了我國盾構機從“無”到“有”再到“領跑”的創新歷程。

　　破壁之路：自主研發鑄就“國之重器”

　　將鏡頭拉回到上世紀90年代，中國基建浪潮初起，隧道工程對盾構機的需求日益迫切。到本世紀初，中國盾構機市場還幾乎完全被德國海瑞克、日本川崎重工等國際巨頭壟斷。

　　“當時買兩臺二手德國盾構機，花了整整七億元人民幣。”中國鐵建重工掘進機研究院副院長熊晨君的話語中，仍帶著當年的無奈。

　　熊晨君告訴中國工業報記者，外國廠商在維修保養時，還禁止中國工程師在場觀看。核心技術被牢牢封鎖，讓我國重大工程建設受制于人。

　　這種“卡脖子”的困境，成為中國工程師自主研發的最強動力。

　　2002年10月，中鐵隧道集團聯合中國科學院、清華大學等20余家科研機構，組成了科研攻堅隊伍。歷時6年，他們成功攻克了復合式刀盤設計、主軸承國產化等30余項核心技術。

　　2008年4月，國產首臺復合式、直徑6.3米的“中國中鐵1號”盾構機在河南新鄉下線，標志著“洋盾構”時代的終結。

　　2010年，中國鐵建重工集團股份有限公（以下簡稱“鐵建重工”）為長沙地鐵量身定制的第一臺盾構機“開路先鋒19號”成功下線。這臺凝聚著國產力量的裝備一經投入使用，便迫使壟斷市場的“洋盾構”降價30%，一舉打破了國外品牌的價格壁壘。

　　此后，國產盾構機的發展駛入快車道。2013年，“行健號”復合式泥水平衡盾構機問世；2016年，“望京1號”高鐵大直徑盾構機將地面沉降控制在0.68毫米的世界領先水平；2022年，歷經數年攻堅，國產主軸承實現全系列國產化，徹底擺脫了對國外部件的依賴。

　　盾構機的主軸承被譽為“心臟”，要承受成千上萬噸的重量，在復雜地層中連續工作上萬小時。為了打造這顆強勁的“中國心”，鐵建重工的研發團隊在設計、材料、制造、測試四大領域同步發力。他們自主開發設計軟件，研制特級優質軸承鋼，將加工精度控制在20微米以下——比一根頭發絲還要細。最終，直徑8.61米、重62噸的全球最大整體式主軸承橫空出世，能滿足18-20米級超大盾構機的需求。經院士專家團隊認證，其性能在國際上處于優勢地位，部分參數更是實現領先。

　　2008年，在長江之畔的南京長江隧道建設現場，中鐵十四局的“高壓進倉第一人”趙斌見證了技術迭代的生死時速。當年，隧道埋深60米的江底，盾構機刀盤出現故障，需在6公斤大氣壓的高壓環境下進倉維修。當時，國內尚無此技術能力，不得不請國外潛水公司，但“進一次倉要6萬歐元”。

　　為了不受制于人，中鐵十四局決定培養自己的隊伍。三十多名參訓人員歷經航天員般嚴苛的體能、理論和實操訓練，最終只有三人達標，趙斌便是其中之一。

　　“加壓訓練時有人耳膜壓穿、鼻子流血。在倉內高壓環境下，氮氣麻醉會讓人失去知覺，就算受傷也毫無感覺，掌子面失穩更是連逃生時間都沒有。”這段經歷，讓趙斌對技術創新有著最深刻的期盼。

　　如今，第四代常壓換刀技術已廣泛應用，單把刀具更換時間從5-8小時縮短至1-2小時，工人徹底擺脫了高危環境。

　　穿城之術：在城市心臟上做“顯微手術”

　　“各位乘客請注意，列車即將穿越清華園隧道，前方5.4米處就是地鐵10號線運行軌道。”當復興號列車平穩駛過京張高鐵清華園隧道時，很少有人知道當時那場“地下穿越”的難度堪比“在跳動的心臟上做顯微手術”。

　　中鐵十四局大盾構公司盾構掘進管理中心副主任趙斌告訴中國工業報記者，這條隧道要穿過北京北三環核心區，下方是7條主干道、88條市政管線，與地鐵13號線僅隔3米。最關鍵的是，隧道要從日均客流超200萬的地鐵10號線正下方5.4米處穿行，沉降控制要求嚴苛到超過1毫米就可能導致地鐵停運。

　　趙斌介紹，面對如此復雜的工況，中鐵十四局研發了“源頭控制、路徑阻隔、對象加固、預警修正”四位一體的微沉降控制技術。施工前，團隊像醫生“望聞問切”般開展綜合評估，探究地層擾動機理，構建數字孿生模型和等比例試驗臺，精準模擬施工過程中的地層變形。施工中，直徑12.64米的“天佑號”盾構機搭載數千個傳感器，實時監測地質變化，通過智能算法自動調整掘進參數，實現毫秒級參數優化。針對北京地下復雜的卵石層，團隊還創新泥漿環流系統，揭示卵石運動軌跡和磨損規律，讓管路壽命延長3倍以上。

　　2018年3月15日凌晨，這場穿越迎來最驚險的時刻。凌晨3點20分，盾構機掘進至地鐵10號線正下方時，突然傳來刺耳異響。

　　“停機！設備空轉！”當時的施工團隊當機立斷。

　　經過緊急排查，施工團隊推測可能是10號線建設存在遺留的廢棄水泵。此時距離地鐵早班車發車僅剩不到3小時，停工處理時間不足，強行推進可能損壞刀盤。

　　關鍵時刻，團隊決定慢速推進并啟動應急預案。30分鐘后，異響逐漸消失，障礙物被成功碾碎，當天早班地鐵準時發車。監測數據顯示，軌道沉降牢牢控制在1毫米內，這場極限穿越完美收官。

　　如今，在城市地下施工的盾構機，已能實現對地面“零干擾”。

　　“隧道埋深越大，地面影響越小。就算住在施工區域上方的居民，也幾乎感覺不到震動。”趙斌介紹，盾構機24小時不間斷作業，不受刮風下雨等天氣影響，也不占用地面交通資源，成為城市地下空間開發的“隱形功臣”。

　　在深江鐵路珠江口隧道建設中，鐵建重工研發的自適應壓力補償密封系統經受住了水下106米、10.6bar水壓的嚴苛考驗。據介紹，這相當于指甲蓋大小的面積要承受10.6公斤壓力，遠超國外9.7bar的最高紀錄，為超深隧道施工提供了可靠保障。如今，該系統更是接續挑戰了水下116米的新紀錄。

　　智綠之變：讓地下工程與城市共生

　　智能化技術的應用，讓盾構機從“笨重機械”變身“智慧機器人”。

　　鐵建重工為盾構機裝上了“透視眼”和“智慧腦”。超前地質預報系統能提前50米探明溶洞、孤石等隱患，就像給盾構機做“前瞻性CT”。智能掘進系統通過數千個傳感器收集數據，自動調整掘進速度、刀盤轉速等參數，實現“自動駕駛”。操作人員無需時刻緊張操控，只需扮演“監督員”的角色，極大降低了勞動強度。

　　中鐵十四局的“天佑號”盾構機，更是實現了遠程智能管控。設備狀況、地下工況等數據實時同步至千公里外的南京指揮中心，專家24小時提供遠程技術支持。通過BIM+GIS技術、三維可視化監控和盾構云平臺，施工全過程實現數字化管理，應急指揮和智能控制水平大幅提升。

　　“以前修隧道靠經驗，現在靠數據，盾構機功效比傳統施工方法提高8到10倍。”趙斌介紹，全預制拼裝技術的應用更讓盾構機的施工效率倍增，隧道管片、軌下箱涵等構件在工廠預制，現場像搭樂高積木一樣拼裝，僅軌下結構施工就節省近6個月工期，為京張高鐵提前鋪軌奠定了基礎。

　　以前盾構施工中，廢漿處理是老大難問題。盾構機每天“吃”進大量巖土，排出的廢漿若處理不當，會成為環保隱患。中鐵十四局研發的泥漿綠色處理技術，徹底改變了這一現狀。他們通過篩分、旋流、壓濾、離心等多道工藝，搭配專用藥劑，成功分離廢漿中的超細泥土顆粒。處理后的清水循環使用，分離出的渣土可用于制磚或路基回填。

　　在清華園隧道建設中，這套系統最高日處理廢漿5000立方米，累計處理130萬立方米廢漿，實現了“零排放、零污染”的環保目標。

　　“以前施工周邊污染大，居民投訴多，現在就算在城市核心區施工，也不會影響周邊環境。”趙斌說，這一技術不僅解決了施工環保難題，更降低了工程成本，為城市地下工程的綠色發展提供了“中國方案”。

　　全球之路：從單兵突進到集團作戰

　　從南京長江隧道的初探，到清華園隧道的智能管控，從珠江口海底隧道的深水壓挑戰，到北京東六環改造工程的超大直徑應用，中國盾構實現了從單兵突進到集團作戰的技術躍遷，實現了從依賴進口到自主研發的華麗轉身。

　　中國盾構機直徑也實現了從6米級跨越至16米級，國產核心部件占比從0突破至98%，基本擺脫了對國外技術的依賴。智能化工具從輔助升級為核心驅動力，讓盾構機更高效、精準、安全。

　　據介紹，“京華號”作為國產首臺16米級超大直徑盾構機，入選國家“十三五”科技創新成就展，成為中國智造的代表。“深江一號”“江海號”等一批高性能盾構機，不斷刷新著國產裝備的技術高度。

　　而今，中國盾構機不僅滿足國內需求，更走向全球市場。鐵建重工的盾構產品已出口到意大利、新加坡等五大洲五十多個國家和地區，在國際市場上占據重要地位。

　　“以前我們引進國外技術，現在國外紛紛來學習我們的標準。”熊晨君的話語中充滿自信。這份自信，源自龐大的技術團隊、產學研用的深度融合，更源自無數工程師的日夜攻關。

　　中國工程院院士、浙江大學工學部主任楊華勇告訴中國工業報記者，大型穿江越海隧道是我國基建領域重大工程，超大直徑盾構機是保證工程建設的關鍵決定性裝備，處于全球地下工程裝備產業鏈、價值鏈制高點，是我國高端裝備技術水平的重要體現。

　　“中鐵十四局研發的大直徑盾構穿越城市核心區關鍵技術，正是破解系列難題的集大成之作。”中國工程院院士何川對中國工業報記者表示，該技術體系已經在京張高鐵清華園隧道、深江鐵路珠江口海底隧道等項目施工中得到了充分驗證。相關實踐成果在安全、效率、環保等方面展現了獨創性，取得顯著的社會經濟效益。

　　目前，全球盾構機市場正形成以中國、德國、日本企業為主的“三極競爭”新格局。中研普華產業研究院《2025-2030年中國盾構機行業市場調研分析報告》及行業公開數據顯示，這一競爭態勢在技術路徑、市場定位與產業鏈布局上呈現顯著分化：中國企業憑借“成本優勢+快速響應”策略占據全球中高端市場70%份額；德國企業以“技術壟斷+全生命周期服務”構建高端市場“護城河”；日本企業則聚焦“高精度+定制化”路線，在微型盾構機和特殊地質領域占據主導地位。

　　站在新的發展起點，中國盾構機正朝著更智能、更綠色的方向邁進，推動盾構作業從少人化作業向無人化發展。從依賴進口到自主領跑，從保障國內基建到服務全球大基建，中國盾構機用三十年時間完成了歷史性跨越。

　　這條“地下鋼鐵巨龍”的征程，沒有終點。在城市地下空間開發的浪潮中，在穿江越海的超級工程里，中國盾構機將繼續以技術創新為翼，以工匠精神為魂，書寫更多“中國智造”的傳奇，為全球地下工程貢獻中國設計、中國制造、中國質量。（記者 馬艷）

　　轉自：中國工業報

　　【版權及免責聲明】凡本網所屬版權作品，轉載時須獲得授權并注明來源“中國產業經濟信息網”，違者本網將保留追究其相關法律責任的權力。凡轉載文章及企業宣傳資訊，僅代表作者個人觀點，不代表本網觀點和立場。版權事宜請聯系：010-65363056。

延伸閱讀