盾构机 “掘”胜“大国重器”

胡志杰

中国的盾构机在全球市场中已经成为一张中国名片，不仅展示了中国的科技实力，也展示了中国人民的智慧和勇气。

2023年“双11”前夕，央企國家队淘宝店正式开业，国资小新（国务院国有资产监督管理委员会官媒）将16款代表中国智造的新一批“大国重器”集中上架淘宝，特别标注“仅展示可加购勿拍”。

这是一次高科技成果的集中展示。这16款“大国重器”涵盖了航空、航天、海洋、能源、信息等多个领域，它们都是中国科技人员经过长期研发和创新的成果，代表了中国在高科技领域的实力和水平，也向世界展示了中国科技创新的决心和能力。

在这16款“大国重器”中，开挖直径达到23.02米、相当于7.5层楼高的“梦想号”盾构机尤为吸睛。其集开挖、出渣、支护、导向等功能于一体，是目前全球最大的竖井掘进机。

盾构机是一种集多种技术于一身的先进掘进设备，其制造难度大，技术水平先进，承载着“穿山越岭、过江跨海”的重任，在铁路、管道工程等基础建设当中有着非常重要的作用。

盾构机是衡量一个国家制造业水平的重要标志。2015年，国产首台铁路大直径盾构机下线，拥有完全自主知识产权，打破了国外近1个世纪的技术垄断。今天，盾构机“心脏”核心零部件的关键技术已经突破，我国已成为全球最大的盾构机市场，也是最大的盾构机生产国，全球每10台盾构机中就有7台来自中国。

如今，中国的盾构机在全球市场中已成为一张中国智造的名片，不仅展示了中国的科技实力，也展示了中国人民的智慧和勇气。

从进口到出口

盾构机，又称“钢铁穿山甲”，是盾构隧道掘进机械的简称，顾名思义就是边掘进，边构建像盾牌一样的隧道。“盾”，即“保护”，指盾壳；“构”，即“构筑”，指管片拼装。通俗来讲，盾构是指在盾壳的掩护下进行掘进、出渣、衬砌等作业。

盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

早在200多年前的1806年，法国工程师马克·布鲁诺尔在船板上发现，一种蛀虫在钻穿木板时，会先分泌出液体涂在孔壁上，形成坚韧的保护壳抵抗木板潮湿后的膨胀挤压。布鲁诺尔根据这个现象，于1810年确立了盾构机的工作原理，并于1818年申请了盾构工法的专利。

19世纪末到20世纪中叶，盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得以不同程度的发展。随后，盾构机被逐渐改进，针对各种地形发展出了多种新型盾构机，并得到了广泛使用。

我国使用盾构机的时间较晚，在20世纪50年代，我国使用盾构机进行隧道施工时，就开始了研究探索，并致力于造自己的盾构机，但基本处于学习阶段。一直以来，盾构机技术长期掌握在国外企业的手中，“洋盾构”一直处于绝对的垄断地位。

在西方国家大力推动盾构技术升级的20世纪后半叶，基于大量基础设施建设而对盾构机有着巨大需求的中国，却没有一台真正属于自己的盾构机。国内所需的盾构机基本都依靠进口，不但价格高昂，技术维修费用同样不菲。

“有次我们要加工一个简单的拖车钢结构件，发现外方图纸有错误。因为不是设计方，只好催他们派人处理。但人家提出的条件是每天咨询费1万元，还要负责所有的差旅食宿。”中铁装备设计研究总院院长贺飞回忆。

没有核心技术就没有话语权，就会永远受制于人。从那时起，“造中国人自己的盾构”便成为中国盾构人的梦想。2002年，“隧道掘进机关键技术研究”被列入“863计划”，成为国家级重点工程。由中铁隧道集团18人组成的盾构机研发项目组也于当年10月成立。

2004年10月，中国首台具有完全自主知识产权的地铁土压平衡盾构机——“先行号”样机，在上海地铁二号线西延伸段区间隧道始发掘进，打破了此前“洋盾构机”垄断地铁施工的局面，随后陆续应用于中国多个城市的地铁项目建设。2006年，该产品被列入国家重点新产品，并荣获国家科学技术进步奖一等奖。

2006年，“先行2号”制造完成并正式下线，实现了我国首次泥水盾构机的批量生产。2008年4月，中国首台具有自主知识产权的复合式土压平衡盾构——中国“中铁1号”问世，其整机性能达到国际先进水平，填补了我国在这一领域的空白，成功实现了从“造中国人自己的盾构”到“造中国最好的盾构”的技术突破。

之后，我国盾构机行业逐渐蓬勃发展起来，2012年，“天和一号”研制成功，打破了外国在大直径盾构机领域的垄断；2015年，中铁装备研制的硬岩掘进机走在了世界前列；2020年问世的“京华号”，是我国第一次成功制造了16米级超大直径盾构机。

2020年9月，位于河南省郑州市的中铁装备集团盾构总装车间内，直径8.64米的土压平衡盾构机“粤海14号”正式下线。这是中铁装备自主研制的第1000台盾构机。这一天，车间里的标语“造中国人自己的盾构，造中国最好的盾构，造世界最好的盾构”显得格外醒目。

2023年5月，在第七个“中国品牌日”到来之际，世界首台绿色盾构机“中铁1237号”及世界首台大倾角下坡掘进矿用TBM“淮盾号”在中铁装备成功下线，标志着中铁装备在隧道掘进机领域的研发正朝着高端化、智能化、绿色化方向不断迈进。

“中铁1237号”盾构机搭载了连续掘进技术、快速换模技术等，出口意大利，被用于西西里岛高铁隧道建设。而这只是近年来我国盾构机大量出口的缩影。

从1995年我国首次引进德国盾构机，到如今中国盾构机在全球遥遥领先，20多年来，中国盾构机不断自主创新，从蹒跚学步到一路向前掘进，再到跨入世界先进行列，实现了完美逆袭。

从被质疑到大放异彩

虽然有了国产盾构机，但面对“洋盾构”一统天下的局面，不少人心里打鼓：中国盾构机能行吗？

2012年1月，成都地铁2号线、4号线开工建设。在以往的地铁施工中，所有盾构机都是国外品牌。“这并不是说进口设备在施工过程中不会出现问题，而是在当时，人们对我们自己研发的盾构机还心存顾虑。”贺飞说。

历经3个多月的交流与沟通，中铁装备团队慢慢打消了设计、施工等单位的疑虑，最终采用“1+1模式”，即国产盾构机和进口盾构机左右线同时始发。10个月后，中国盾构机的各项性能指标均优于进口盾构机，有力提振了中国盾构机的市场信心。

同样是这一年，马来西亚为建设MRT（捷运线）项目，计划向欧洲公司采购10台盾构机。中铁装备获悉后，下决心力争借此机会将中国盾构机推向马来西亚。

但年轻的中国盾构机打开国际市场谈何容易。因为中国盾构机没有一例海外应用的实例，无论怎么介绍，对方都无动于衷。于是，中铁装备将马来西亚业主邀请到中国来实地参观。通过参观一个又一个成功案例，马来西亚业主被深深折服：“中国的盾构机发展速度令人惊奇。我们看到了中铁装备的制造能力，中铁装备制造的盾构机被广泛应用在中国知名大城市，性能非常好！”

2012年，“中铁50号”出口马来西亚，成为中国盾构机走向海外的第一单。通过针对性设计，提升设备性能，使马来西亚一条隧道的贯通提前了43天，创造了当地盾构施工纪录，由此奠定了中国盾构机的海外声誉。

随后，中国盾构机又敲开了30多个国家和地区的市场，产销量更是连续6年世界第一。中国盾构机品种越来越多，功能也越来越强大，超大直径、能转弯、会爬坡、耐极寒……这些“中国品牌”盾构机，正成为畅销海外的“新国货”。

新加坡汤申东海岸线T221标段人行过道需要矩形设计，中铁装备凭借自主研发的矩形盾构机获得了这一订单。2017年3月27日，在新加坡第三届城市地下空间和隧道大会上，新加坡陆路交通局汤申东海岸线负责人在报告中分享了中铁装备矩形盾构式顶管机施工经验，对这一创新产品赞不绝口。

2017年6月8日，中国盾构机拥有了进入俄罗斯市场的合格证。2017年7月3日，碧空万里，艳阳高照，在铁建重工总部长沙，世界首台挑战极寒天气的盾构机“玛利亚号”下线。这是专为解决俄罗斯地区极寒条件下盾构施工而设计的。此后，从2018年6月至2019年1月，5台盾构机在莫斯科西南部完成掘进始发。

2021年，中铁装备为意大利那不勒斯研制的“中铁977号”用于当地高速铁路项目建设，开挖直径长达12.2米，创造了当时中国出口欧洲盾构机直径之最。

2023年，中铁装备为波兰建设的希维诺乌伊希切隧道正式通车。这条波兰境内最长水下公路隧道在施工期间，创下了最高日进尺18米、月进尺338米的优异成绩，将波兰乌兹南岛和沃林岛两岸居民跨河通勤时间由40分钟缩短至4分钟，彻底改写了当地百年来靠渡船通勤的历史。通车之际，波兰发来了一封感谢信，对中国盾构机设计、制造、组装、掘进中展现的专业和高效表示赞扬。

如今，中国已成为全球最大的盾构机生产和使用国。中研普华产业研究院发布的《2023-2028年盾构机市场发展现状调查及供需格局分析预测报告》显示，2022年，全球盾构机市场规模达到62亿美元，其中中国占据了90%以上的份额，是全球最大的盾构机生产和消费国。预计到2023年，全球盾构机市场规模将增长到71亿美元，复合增长率为6%左右。

随着我国盾构机应用领域的不断拓展，从传统的城轨领域逐步向铁路公路隧道、水利水电、抽水蓄能、市政、能源煤矿、综合管廊及国防特种等新兴领域扩展，在重点区域、重点领域、重点工程布局加速，行业规模快速增长，并将同类产品价格拉低了40%。

中国盾构机行业从开始的高度依赖进口，到今天实打实地卖到全球，标志着“中国盾构机百花盛开的春天已经来临，中国盾构机大国的地位已经确立，中国盾构机强国的地位正在确立”，对中国大盾构机发展的光辉历程，中国工程院院士钱七虎如是说。

从卡脖子到产业群

在全球工业舞台上，一些尖端技术产品往往都被称为“工业皇冠上的明珠”，例如半导体芯片、大型飞机、盾构机、精密数控机床等。它们代表了一个国家工业实力的最高水平，也是衡量一个国家综合国力的重要指标。

盾构机是建造地铁、铁路、公路隧道等的利器。但其定制化程度高，需要根据不同的地质条件、不同地形对盾构机进行不一样的配置，制造不同型号的盾构机，其自动化、智能化程度也非常高，所需要的技术都非常前沿。

事实上，在10年之前，盾构机的关键部件技术、核心技术还一直被少数几家国外企业高度垄断。国内企业更多则是与国外企业合作，承担配件制造和组装。比如轴承、减速机、刀具这样的关键部件，国内企业还制造不了，盾构机的产业链还存在卡脖子现象。

为了突破这一难题，我国立足于技术创新，经过多年的不懈努力，取得了许多重要成就。其中就包括盾构机关键部件的自主研制。这些成就的背后，离不开国家强国建设的决心，也离不开我国科学技术人员的不懈努力和创新精神。

主轴承承担着盾构机运转过程的主要载荷，是刀盘驱动系统的关键部件。但由于制造工艺复杂、原材料性能要求高、设计理论不成熟等原因，中国盾构机主轴承长期依赖进口。

2020年9月26日，在苏州轨道交通6号线10标项目现场，首台采用国产3米级主轴承盾构机“中铁872号”顺利始发，这是中国主轴承首次在轨道交通领域执行地下掘进任务。

刀具就像牙齿，决定着一台盾构机的掘进速度，做刀具的材料既要高硬度、耐腐蚀，又要柔韧性好、耐疲劳。为了攻克这种特殊的需求，中铁装备和清华大学进行联合攻关，对十几种添加元素进行了上千次试验，最终解决了超硬材料高强、高韧的难题。

如今，我国通过不断优化设计和技术革新，成功开发了一系列关键性零部件和核心技术，例如，盾构机刀盘、机头、刀片、密封件、变频器等部件。这些部件的研发，为提高我国盾构机的核心竞争力作出了巨大的贡献。

在中铁装备的总装车间里，一批出口海外的盾构机正在集中交付。如果把这台盾构机拆解开，一共由1万多个零部件组成。而这些零件分别产自我国的不同地方，刀具和主軸承厂家主要聚集在河南，电机厂家主要在山西，齿轮厂家主要分布在长三角和重庆……

在河南省郑州市，一批即将出口到欧洲、东南亚的盾构机即将下线，其采用的高耐磨高韧性的刀具不仅是我国盾构机产业的一个突破，而且还带动了上下游20多家企业的发展。

这10年来，我国聚焦盾构机产业链上的短板，依次突破了一系列核心零部件关键技术，夯实了整个产业链的基础，同时也带动了一批制造企业的发展。

中铁装备集团采购中心总经理赵卉表示：“以这个减速机品类为例，它已经有十几家的供应资源了。不但有河南本省的，还有一些是在长三角、北京、天津和成渝地区，而且现在已经全部实现国产化了。”

得益于我国完备的产业链和不断迭代的技术创新，如今，我国盾构机上下游企业达到上千家。中国“智”造的背后，正带动着产业链越来越完备，成为助力经济发展的强大根基。