好设计让中铁装备名扬四海

文/本刊记者 高茜

2017年8月1日，直径为9.03米、我国自主研制的国内最大直径敞开式硬岩掘进机“彩云号”在昆明中铁电建总装车间下线，它将投入到亚洲第一铁路长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道的施工，填补了国内9米以上大直径硬岩掘进机的空白，打破了“洋盾构”一统天下的局面；

2017年8月7日，一台为汕头海湾隧道量身定制的、直径达15.03米、长130米的超大直径混合盾构机下线，这台“巨无霸”马上要奔赴它的战场，打出一条海底隧道；

2018年1月3日，由中铁装备自主研发、世界首创的马蹄形盾构机在蒙华铁路白城隧道掘进突破3000米大关。

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提起中国创新设计，不得不说，作为中国制造的坚强后盾——中铁装备研制的盾构机不断刷新世界纪录，掘出中国速度。

城市地下空间的“穿行者”

盾构是用于保护地层稳定的掘进机的防护结构，材质为混凝土、铸铁或钢制，它利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块，为掘进机提供了工作时的临时支撑。

在盾构机没有出现之前，修建地下工程，大都依靠人力挖掘，或者直接进行露天开挖土石方工程，这样既占用大面积的土地，又影响人们的正常出行。

作为世界双500强企业——中国中铁股份有限公司下属的子公司，中铁工程装备集团有限公司（简称“中铁装备”）是专业从事隧道掘进机（盾构机和TBM硬岩掘进机）研发制造和技术服务的大型国有企业，同时也是中国盾构行业起步较早、发展快、实力强、拥有核心技术和自主知识产权多、市场占有率高、海外出口盾构最多的专业化企业。

“盾构机问世至今已有近180年的历史，始于英国，发展于日本、 德国。国外的产品昂贵，在使用上也存在着设计不便利、售后服务不到位等问题。我们就从这两个问题着手进行突破。”中国中铁工程装备集团有限公司党委书记、董事长谭顺辉说。

2008年，中铁装备首台盾构机设备在河南新乡成功下线，这是我国首台自主研制的盾构机设备，性能表现优于进口设备。

2014年，习近平总书记视察中铁工程装备集团时，提出了“三个转变”的要求，嘱托中铁装备要努力占领世界制高点、掌控技术话语权。

作为国家“北煤南运”战略运输通道，蒙华铁路（内蒙古西部—华中地区）全长1837公里，是国内最长的运煤专线。其中白城隧道位于陕西靖边县境内，全长3345米，最大埋深81.05米，设计时速120公里。此地段处于我国毛乌素沙漠与黄土高原交界处，属软土软岩地质，如采用传统隧道施工方式掘进，极易出现塌方、掉拱等事故。

为了解决这一难题，中铁装备自主研发的马蹄形盾构机，刀盘高10.95米、宽11.9米，盾体采用梭式结构，有效降低盾体与地层之间的摩擦力，减小推进阻力；双螺旋输送机出土，刀盘采用九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式，可进行全断面切削。

郑州中州大道红专路下穿隧道距离中州大道路面埋深只有3米左右，该工程在下穿工程中属于埋深较浅的，如果隧道埋深小于盾构直径，盾构会在稳定性很差的人工堆积层中掘进，易造成开挖面土体塌方，造成中州大道路面沉降。

中铁装备依托河南省重大科技专项、郑州市重大科技专项以及中国中铁股份有限公司重大科研项目等课题不断加大矩形顶管机关键技术研发，于2013年12月成功研发设计出具有完全自主知识产权的超大断面（长10.12m×高7.27m）矩形顶管机。

突破六刀盘复合开挖联合控制、耦合纠偏、动态减摩降阻、及强化超大断面结构强度等关键技术难题，相比于同类圆形顶管机或者常规圆形盾构机，它在城市短距离隧道施工中适应性更高，覆土更浅、对始发场地面积要求更小，所开挖的隧道，有效使用面积能够增加20%以上，减少了圆形隧道仰拱浇筑的步骤，可大大提高后续辅助施工效率。

而且在成功应用于郑州中州大道红专路下穿隧道后，中铁装备带领矩形顶管机又完成了新加坡汤申线地铁出入口通道、天津黑牛城过街通道等项目，彻底改变了下穿隧道施工需“开膛破肚”、断行的历史，有效缓解了城市交通压力，是城市下穿隧道、地铁出入口通道、地下停车场、综合管廊等地下工程建设方案的解决者。

当之无愧地成为一项“中国好设计”。密合作，提供地下空间综合开发解决方案。”

中铁装备生产了近600台各具特色的盾构产品，推出土压平衡盾构、泥水平衡盾构机、硬岩掘进机、异形盾构机、多模式盾构机等多种产品。这些产品无论身处何地，都可以在后台监控其各项参数。中铁装备的盾构远程信息服务中心，可实时监控每一台盾构机的运行状况，并在线分析实时数据，极大缩短设备预警以及故障解决的周期，为掘进设备保驾护航。

同时，依托“TBM（硬岩掘进机）安全高效掘进全过程信息化智能控制与支撑软件基础研究”973计划项目，中铁装备已能进行智能设计，大幅提升掘进机的设计、制造水平。最显著的好处是，它能够实现掘进机的智能掘进，也许将在不远的将来让“无人值守、智能掘进”成为现实。

中铁装备通过超大断面矩形顶管机的设计制造，凝聚一批自主知识产权成果，且该研究成果已通过国际查新与国家矿山机械质量监督检验中心的检验认证，并先后获国家授权发明专利21项，相继荣获2014年中国铁路工程总公司科学技术奖一等奖、2016年中国好设计金奖、2017年郑州市科学技术进步奖特等奖、河南省科学技术进步奖一等奖。

四年来，中铁装备先后研制出了“世界最大断面矩形盾构机”“世界最小直径硬岩TBM”“世界首台马蹄形盾构机”“国内自主设计制造的最大直径（15.03米）泥水平衡盾构机”等系列产品不断刷新记录，使得研发制造能力保持在世界领先水平。

自主智能设计成为重要推进力量

谭顺辉指出，如果用一句话概括中国盾构技术的发展历程，可以说是“从无到有，从有到优”。

“我们每年有将近十个左右的新产品推出，在科技活动方面的投入占营业收入的10%。国家对中铁装备等高新装备企业要求的科技活动投入在3.5%，我们提高了三倍。这样的研发经费比例与华为接近。”谭顺辉强调，“中铁装备下设有设计研究总院、地下空间设计研究院、智能工程研究院的科技工作体系，通过紧

“钻”出世界级速度

“中铁装备已成为国内最大、世界第二的隧道装备供应商，产品出口海外11个国家和地区，中国品牌在世界市场的影响力与日俱增。”谭顺辉介绍说。

在黎巴嫩的首都贝鲁特，几乎家家户户的楼顶都可以看到装置着多个大水箱，居民就是用这些水箱来储存日常用水。水箱里的水是由专门的送水车收费送上门，但这种水，只能供贝鲁特居民日常洗漱使用，饮用水居民还需要额外花钱购买。

2014年，黎巴嫩政府决定建造一个“大贝鲁特饮水工程”解决首都居民饮水问题。然而，贝鲁特地区位于黎巴嫩海岸线突出的海岬上，沿海山脉底部是喀斯特地貌，山体岩石坚硬或是中等硬度，山体地质高风化、断层多。想要建造一个饮水工程，就必须在这样特殊地质的山体中打穿隧洞，而且这种隧洞的直径只能允许3.5米。但当时全世界都没有这么小直径的掘进机，中标黎巴嫩大贝鲁特饮水工程的意大利施工方始终无法解决这个难题。

为掌握小直径硬岩掘进机整机设计及应用等关键技术，打破国外垄断局面，提高我国硬岩掘进机重大装备技术水平及核心竞争力，推动重大装备走出国门，中国中铁工程装备集团有限公司收购了德国维尔特硬岩掘进机知识产权和品牌使用权，并以国家973、863计划项目为依托，加强研发小直径全断面岩石隧道掘进机（TBM）的自主设计和制造技术力度。

经过5年时间的攻关，中铁工程装备集团有限公司自主掌握了双X撑靴式岩石隧道掘进机刀盘刀具设计制造技术、刀具背装技术、刀群高效破岩技术、动力驱动与推进技术、电液控制系统集成技术以及大型结构件制造及整机联调联试技术等核心关键技术。并采用国际标准规范背装式刀具、人员通道、电气设备、防火降噪、通风及有害气体控制的设计，且配置了逃生舱、厕所等众多人性化装备，让中国岩石隧道掘进机更能适应“洋环境”。

2016年1月27日，自主研制的世界最小直径3.53米双X撑靴式岩石隧道掘进机在郑州中铁装备车间正式下线。

同年8月、9月，两台“中国造”、直径仅有3.5米的“世界最小”硬岩掘进机——中铁237号和238号，在黎巴嫩先后投入使用。这项黎巴嫩大贝鲁特引水工程由国际知名建筑商意大利CMC公司开始进行施工建设，中铁装备生产的硬岩掘进机也因此走进了意大利的市场。

黎巴嫩政府特别为这两台硬岩掘进机分别起名为“丽雅”和“雅斯米纳”，分别象征“慷慨、正直、开放”和“勇敢、果断、活力”。别看它们块头小，“中铁237号”却“钻”出了世界级速度。自2016年8月1日始发以来，这台掘进机最高日进尺达到了48米，远高于世界其它同类设备水平。

小直径双X撑靴式岩石隧道掘进机的成功研制攻克了地层埋深大、岩石强度大、岩体风化不均、且存在溶洞、涌水风险等结构异常复杂的地质施工难题，突破了狭小空间完成支护、隧道顶部完成皮带机纠偏、超前预报和支护系统以及狭小空间进行维护和作业等关键技术。这是中国自主品牌岩石隧道掘进机首次出口欧洲，标志着中国全断面隧道掘进机得到了国际市场的全面认可。

截至目前，中铁装备产品已销往马来西亚、新加坡、意大利、以色列、印度、黎巴嫩、埃塞俄比亚、越南等国，成为出口海外盾构设备数量最多、种类最齐全、覆盖国家和地区最广泛的国内盾构企业。

中铁装备以不断的设计创新，演绎着中国制造从“跟跑”到“领跑”的传奇，推动着中国由“制造大国”向“制造强国”的转变。