张帅坤 盾构机成为中国“争气机”

王伊

16年前，张帅坤作为一名盾构司机，用的是进口“洋盾构”，处处被外国人“卡脖子”；如今，他带领团队自主研制的盾构机，不但占据了国内40%的市场份额，还出口到新加坡、韩国等国家，成为一张闪亮的高端装备大国名片。

每次走进世界最长海底高铁隧道——金塘海底隧道现场，中铁十四局甬舟铁路金塘海底隧道项目总机械师董冰都忍不住要仰头多看几眼“甬舟号”盾构机。“未来一段时间，它要完成独头掘进4940米的重任，要下穿23根石油管线、地面建筑物、海堤、码头、主航道等42项风险源，要面对构造复杂的地层及海域环境。施工复杂程度、难度和风险在世界范围内绝无仅有。”

在金塘海底隧道的另一端，是涂装“东海龙王”图案的“定海号”盾构机。“定海号”盾构机130米的长度，14.57米的直径，与“甬舟号”犹如孪生。

金塘海底隧道也是在世界超大直径盾构施工中，首次采用两台盾构机相向掘进、在海底完成对接、在洞内完成盾构机拆解的施工方式。根据规划，“甬舟号”“定海号”这两台14.57米超大直径盾构机分别从宁波、舟山两端相向掘进，最终以不超过20毫米的误差在海底实现精准对接，这让隧道开挖的每一米都几乎伴随着世界级难题的技术攻关。

这两台盾构机的研发带头人，正是铁建重工掘进机研究设计院副院长张帅坤。16年前，他作为一名盾构司机，用的是进口“洋盾构”，处处被外国人“卡脖子”。如今，张帅坤带领团队自主研制国产盾构机，让关键核心技术掌握在自己手中。

矢志掌握核心技术

走进铁建重工长沙第一产业园盾构机生产车间，人们的目光会不由自主地被一个个“庞然大物”吸引：这些集机械、电气、液压等技术于一体的大型高端装备，可以一边挖掘隧道，一边铺设管片，实现隧道主体结构一次构筑成型。

盾构机，全称为全断面隧道掘进机，是地下工程建设的“神兵利器”，也是衡量一个国家高端装备制造水平的重要标志。每台盾构机都由上万个精密零部件组成，被誉为“工程机械之王”。

曾经，我国在盾构机领域严重依赖进口，面临着技术封锁和外国企业的市场垄断。高昂的建设成本和滞后的技术成为制约国内基础建设的重要因素。为了打破隧道掘进设备被国外垄断的局面，21世纪初，“关于隧道掘进机关键技术的研究”被列入国家“863”计划。十几年来，研发人员从零起步，持续攻克“卡脖子”技术难题，实现盾构机全产业链自主化。从受制于人，到自立自强，国产盾构机在掘进中“逆袭”，成功站在了行业最前沿。

张帅坤，正是众多研发设计人员中的一位。从业16年来，张帅坤见证并参与了国产盾构机发展、壮大的历程。

2008年，张帅坤大学毕业进入一家隧道施工企业，负责公司盾构设备的管理调度。彼时，盾构机市场是国外品牌“满地钻”的时代，他手底下的“大块头”也不例外。

由于当时我国还没能掌握盾构机的核心技术，一旦所使用的“洋盾构”出现故障，只能求助于海外制造商，不仅费用昂贵、维修周期长，而且还得“看人脸色”。维修过程的种种“憋屈”，让张帅坤下定了自主研制国产盾构机的决心。

要研发，先要学懂弄通。为了解盾构机结构和运行，张帅坤主动请缨——到“地下”去，当盾构司机。

“我是北方农村家庭出身，自认为算能吃苦的，但地下的工作环境却比想象中的还要恶劣。”张帅坤回忆，地下隧道空气不流通，施工现场温度最高可达40多摄氏度，盾构司机需要时刻紧盯仪器参数，每天工作时长达12小时……

尽管很疲惫，但每当有操作间隙，张帅坤就走出驾驶室，对着图纸去找各个零部件的位置，跟着维修师傅处理各种故障，学习各个部件的维保操作。1年多时间，张帅坤开着盾构机，几乎摸透了盾构机的每个零部件。“干得久了，它的某个元器件在哪里，哪些地方容易出现故障，我闭着眼睛就能摸出来。”当盾构机司机积累的这些经验让张帅坤坚信，中国人也能造出这个“大家伙”。

回忆起开盾构机的那一年，张帅坤连说：“值！”时至今日，张帅坤还清晰地记得，曾经有一次，一台进口盾构机拼装系统出现抖动，导致整机“瘫痪”，前后请了3批外方人员，持续1个多月都没修好。

紧急关头，项目组顶住压力组建自己的团队，会操作、懂维修的张帅坤成为关键成员。他们一边翻译说明书，一边拆解零部件，经过7天7夜的研究对比，终于找出了故障原因并解决问题。从那时起，张帅坤对投入盾构机研发，特别是研制中国自主盾构机的决心更加坚定。

把盾构机做成“争气机”

2010年，张帅坤进入刚组建的铁建重工，凭着几年来盾构机的操作经验和对零部件的熟悉程度，他带领团队从事盾构机研发。“当时团队成员都很年轻，大家憋着一股劲，一定要把我们自己的设备造出来。” 在研发期间，他们几乎忽视了周末和节假日的存在，但并没有人抱怨。

绘图纸、做试验、蹲车间、跑项目……张帅坤和团队从零开始学习和积累经验，“几乎把公司的技术资料翻了个遍”。

2012年，凭借以往操作盾构机的经验以及对地质情况的了解，张帅坤带领团队研发的首台国产6米级复合式泥水平衡盾构机“行健号”成功下线。这是团队首次研制出用于工程实际的盾构机。这台设备要在浑河河床13米以下进行施工。团队成员范瑞强回忆说，初期的掘进很艰难，张帅坤带着团队一点点磨合，最终盾构机连续掘进2400米，超前完成任务。这是国产盾构机首次穿越浑河，增强了张帅坤和团队继续进行自主研发的信心。

盾构机的直径越大，制造就越难。在2016年以前，我国大直径（10米级以上）盾构机需要依赖进口，一台国外设备售价最高达4亿多元，而且服务水平无法满足需求，也难以适应我国广大地区多样化和复杂的地质条件。

随着京哈高铁京沈段施工的推进，张帅坤和他的团队迎来全新挑战——研制2台直径达10.87米的大直径泥水平衡盾构机，用于修建从北京繁华商区下穿行的“望京隧道”。

这是他们首次尝试制造大直径盾构机。面对巨大压力，张帅坤却充满斗志。从长沙到北京，张帅坤不知疲倦地一次次考察、研讨，其间婚期临近，他也抽不开身回家筹备。直到一次出差路过河南老家，他才花了半天时间“顺便”办了婚礼。同事们此时才知道，他的行李箱里一直装着礼服。

为了确保生产质量，设备生产期间，张帅坤把自己的办公室从技术楼搬到了生产车间，设计可固定工件的专用移动机床，采用气压的方式对阀门实现高精度联锁控制……面对挑战，他们全力以赴，攻坚克难，用了大半年时间，成功生产、组装起万余个零部件，生产出了高铁大直径泥水平衡盾构机——“望京号”。

2016年，“望京号”成功下线，掘进时地面沉降仅0.68毫米，达到世界领先水平。同年，团队研发的铁路双线超大直径泥水平衡盾构机“中原一号”也顺利始发，其开挖直径达12.81米。自此，“洋盾构”在我国大直径泥水平衡盾构机施工领域的垄断地位一去不复返。

当铁建重工的泥水平衡盾构机向更大直径迈进时，常压换刀技术成了一道难题。“大直径盾构机的使用工况往往较为恶劣，刀具磨损快。每更换一把刀具要耗时1天，风险极大。”张帅坤解释道。

为了最大程度地保障作业人员的安全，他们在工地和实验室中白天黑夜不停地尝试和实验。在进行了300多次高水压试验后，“常压换刀”技术与常压刀盘惊艳亮相——更换一把刀具仅需两小时。

到了2017年，张帅坤团队成功研发首台国产常压换刀式大直径盾构机“沅安号”，打破了国外在该领域的技术垄断。在此之前，由于这一技术长期被国外垄断，整台设备的价格高达数亿元，造成了巨大的隧道施工成本。

随着大直径国产盾构机取得快速发展，张帅坤又将目标瞄向了15米级以上超大直径盾构机这一薄弱领域。与常规直径和大直径盾构机相比，超大直径盾构机系统集成更复杂、加工制造更困难、可靠性要求更高、工程应用风险更大。为此，他带领团队迎难而上，努力攻关。

通常，一台超大直径盾构机的生产周期需要12个月以上。但在2020年，张帅坤率领团队仅用7个月时间，就成功研制出了国产首台16米级超大直径盾构机“京华号”。

在研制“京华号”的过程中，张帅坤的团队面临着超大直径、超长距离、超深覆土、超敏感环境等诸多场景施工困难。不过，张帅坤带领团队顶住压力，啃下了这块“硬骨头”。“京华号”首次应用了同步双液注浆技术，还应用了常压换刀、伸缩主驱动、重载高效物料运输等多项核心技术。

2020年9月26日，“京华号”下线的前一天，团队从清晨开始进行检测，一直到9月27日凌晨才检测完毕。当刀盘被涂装成京剧脸谱的“京华号”红纱被揭开的那一刻，张帅坤眼角湿润：“这是我们自主研制的大国重器！”

2023年，北京东六环改造工程盾构隧道顺利贯通，“京华号”助力工程实现了全程“隧道零渗漏、地面微扰动、施工零事故”。

2024年，张帅坤作为研发带头人，参与研发的盾构机“定海号”和“甬舟号”，先后在长沙成功下线。

除了直径的突破，张帅坤团队还在盾构机的智能化、高效化方面取得了显著进展。他们成功研制出具有自主知识产权的复合式泥水平衡盾构机、高铁大直径盾构机以及铁路双线超大直径盾构机，打破了国外品牌在中国市场的垄断局面。这些盾构机的成功应用，不仅提高了施工效率，降低了工程成本，更为我国基础设施建设贡献了重要力量。

“争口气，做出中国更好的盾构机，是激励自己一路走来最大的动力。”张帅坤说。

匠心打造民族品牌

在铁建重工的科技展厅里，珍藏着一份编号001的图纸，这是第一台国产盾构机的设计总装图。“我们制造的不仅是一台盾构机，更是中国人的‘争气机。”

“铁建重工从做出首台盾构机开始，在自主研发创新的路上越走越顺畅，园区也不断发展壮大。”16年来，张帅坤亲身经历并见证了国产盾构机的发展壮大。他和团队研发的盾构机几乎参与了国内所有重大盾构隧道工程建设——无论是在京津冀、长三角、珠三角还是川渝都市圈，只要有盾构隧道工程的地方，就有他们的盾构机。

盾构机是定制化产品，每一台都需要根据实际工程需求进行设计。为了深入了解地质和施工情况，“跑工地”成了张帅坤的工作常态。特别是在盾构机试掘进阶段，他和同事常常要守在工地现场，短则两个月，长则半年。

铁建重工研发工程师谢蛟说，张帅坤每到一个地方出差，都要和同事一起去工地详细了解每个部件的运行情况。他总是告诫大家：只有深入一线、熟悉项目，才能设计出符合客户需求和施工条件的产品。

在研发盾构机的十几年来，张帅坤全力拼搏，感染并带动更多同事一起追逐梦想、持续奋斗。

在研发团队成员张保真眼中，张帅坤是个不折不扣的“工作狂”。经过长时间的相处，张保真发现，作为研发带头人，张帅坤不仅对各类盾构机的整体设计了然于心，对于零部件的参数，他甚至比具体设计人员还要清楚。在技术评审会上，面对行业专家的缜密提问，他总能对答如流，“让人不得不服”。

国产盾构机强势崛起，从装备中国走向装备世界，实现从“跟跑”“并跑”到“领跑”。从2012年开始，张帅坤又成了推动中国盾构“出海”的一员。

2019年，张帅坤团队研发的盾构机走出国门，远销韩国、印度、意大利等地。

走出去就代表国家的形象，张帅坤在技术把关上更加高标严管。“国产盾构机起步比较晚，刚开始受到质疑非常多。但是我们拿实力说话，我们的设备经历了我国复杂地质的考验，有足够多的成功经验。”张帅坤说。

如今，张帅坤和他的团队已经成为我国盾构机领域的佼佼者，他们的产品不仅广泛应用于国内各大基础设施建设项目中，还出口到多个国家和地区。“我们的研究成果有效推动超大直径盾构机零部件国产化率从最初的60%左右上升到目前的90%以上，并带动上下游企业累计实现配套产值50亿元以上。”张帅坤自豪地说，“我们团队研制的国产盾构机，不但占据了国内40%的市场份额，还出口到新加坡、韩国等国家，成为一张闪亮的高端装备大国名片。”

张帅坤和他的团队用智慧和汗水书写了国产盾构机的新篇章，用实际行动诠释了“大国工匠”的精神内涵。张帅坤表示：“只要我们努力做好自己的每一件事情，就能把这件事情做好，而且做得更出彩！”