2023年11月,中国中铁集团郑州总装车间所生产的“中铁912号”“中铁913号”正式通过客户验收,拆装后顺利发往新加坡投用。

而这只是中国盾构机近年来大量出口的冰山一角,三十年来,中国盾构机自主创新,从蹒跚学步成功跨越至世界先进前列,不仅门类众多,而且功能完善。目前我国盾构机订单数累计超过5000台,出厂超过4500台,出口海外40多个国家地区,占据全球70%的市场份额,是名副其实的世界第一盾构机强国。

二十七年前,德国人凭仗自身先进的盾构技术,在中国人面前耀武扬威、漫天要价。时过境迁,如今逆袭归来的中国盾构机与其相比,又孰强孰弱?

盾构机历史

1818年法国工程师布鲁诺尔偶然间在木船底板部,观察到被虫子咬出了一个小洞。他顿时灵感迸发,联想到了盾构工法,并亲手操刀设计出了敞开式手掘盾构机原型。

1825年,布鲁诺尔在伦敦泰晤士河下方修建了全球第一条盾构机法隧道,之后盾构机被逐步改进,陆续传到美法德日等国家,而此时是19世纪

相比之下,中国盾构机足足落后了一百多年的进度,直至上世纪50年代,我国工程技术人员对隧道施工的认知,还停留在钻爆法所谓钻爆法,就是钻孔装炸药,接着点火起爆,运送破碎的岩石。120年的认知差距,为我国带来了巨大的屈辱和艰辛。

新中国成立之初,960万平方公里土地仅有2.18万公里的铁路,并且超过一半处于瘫痪报废状态。交通基建是经济发展的基础,当时国家将成都至昆明的成昆铁路段标为重点基建项目。这片地区被外国专家评为“铁路禁区”,遍地山谷难见平地,工程团队只能遇山开山,遇谷架桥。

机械设备落后,我们只能靠人力来最大限度填补,结果不仅导致工期漫长,死于地质灾害的战士们也是不计其数。仅成昆铁路修建期间,我国铁道兵牺牲人数就多达2100人,民兵伤亡更是难以统计。如今我们可以在成昆铁路沿线看到20多处烈士陵园,这完全是一条用国人血肉堆砌的线路,即悲壮又酸楚。

到了九十年代,我国的隧道挖掘也只是发展到了“浅埋暗挖法”,属于完全人力挖掘,效率低下费时费力,遇到险峻一点的山区,依然要使用人工爆破。当时国际盾构机禁止向中国出口,我国想要得到进口盾构机需要经过巴黎统筹委员会的允许批准才有一丝希望。而且国际盾构机市场被德美日所瓜分垄断,我国想要进口只能与这三家进行谈判协商。

1997年中国秦岭隧道修建期间,因工程难度超乎想象外加工期紧张,导致施工进程陷入阻滞,团队束手无策最终联想到了盾构机。在铁道部专家的集中研讨下,最终确定向德国引进两台二手的256米隧道掘进机

前期商议一切顺利,但到了最关键的谈价环节时,德国厂商大手一挥毫不留情的开价7亿。7亿两台二手机?德国完全是瞅准了我国的需求痛点且别无他选,料定了我国没有还价的退路和余地。事实的确如此,我国只能咬碎了牙往肚子里面咽。

后来德国盾构机出现了一些问题,结果德方工程师每小时薪资800欧元,且从出酒店门口的那一刻便开始计费。到了检修现场,德国工程师还要在场地拉起长长的横幅,上面赫然写着“中国人不得入内观看”九个大字。后来我国重金送工程师前往德国学习盾构机技术,未曾想任何提问都需要事先上交1万美元的咨询费。

这是毫不掩饰的侮辱,但当时我国对于盾构机着实有着迫切的需求。中国山区面积占比全国总面积的2/3,且后来提出了村村通基建工程,日后的基建修建必然会大量用到盾构机设备,如果全部依赖进口,以外国人狮子大开口的德行,单就资金我国就难以承担。且中国地势复杂,国外盾构机很难适应中国地质,因此我国必须,并且要尽快研制出自己的盾构机!

青胜于蓝

2001年我国将盾构机技术列入“863计划”,2022年成立18人研究项目组“逐梦之队”,其中24岁女性王杜娟刚刚孕产,甚至产假还未休完就火速加入。

可想要攻克盾构机技术壁垒谈何容易,盾构机涵盖力学、机械、液压以及电气等数十个专业领域,精密零部件多达3万余个,单一个控制系统就有2000多个控制点,相应控制代码超过40万行。整个项目组没有技术基础,一切都是从零开始。

中国盾构机的重担,就这样压在了18位年轻人身上。为了获得各项原始数据,18人团队只能不停往返施工现场,实时观看盾构机的工作进程与各项元器件的参数数据。

在众志成城的团队精神下,项目组先后研究出了盾构机刀盘、刀具合金钢的热处理方式、液压推进系统与刀盘液压驱动的集成技术等等。

2004年10月,我国首台具备完全知识产权的盾构机“先行号”样机在上海地铁二号线正式投用,并在之后于多个地铁项目中应用,该产品在2006年还被评为国家重点新产品,荣获国家科学技术进步一等奖。

先行者盾构机问世后,中铁隧道局和上海隧道公司继续在盾构机道路上高歌猛进,相继攻克了砂砾复杂地层、复合式土压平衡、大直径泥水平衡的研究。2008年首台国产复合盾构机中铁一号生产下线,并在天津地铁三号线投用。次年,我国直径11.22米的进越号成功打通了上海打浦路隧道。

进越号成功入选了十一五国家重大科技成就展,从此我国正式迈入了具备大直径盾构机自主设计制造的盾构大国之列,但此后我国仍未放弃在盾构机上的技术精进。

2013年,我国自主研发了首台国产盾构主驱动减速机,2018年我国国产的盾构机主机轴承正式列装,能连续运转1300小时依旧耐用,其工艺水准比起国外只强不弱。

2012年,中铁50号盾构机出口马来西外,实现了国产盾构机迈向海外的第一单。这款盾构机让马来西亚隧道贯通提前43天完成,为中国盾构机打响了优质的海外声誉。

之后中铁又打通了新加坡、意大利等30多个国家地区的海外市场,而先进技术与优秀质量,才是中国盾构机越走越远的最大底气。

2020年中铁下线了重4300吨、长150米、直径16.07米的京华号盾构机。在京华号的帮助下,北京东六环西线隧道不仅顺利贯通,还以542米的成绩刷新了单月进尺的掘进记录。目前我国盾构机的最大挖掘速度可达6~10米,相比之下,老牌盾构机强国德国掘进速度也只有6米,而美国更是只有3.6米。

更令人欣喜的是,我国不仅攻破了盾构机的技术壁垒,还成功将盾构机价格打了下来。现在中国普通型盾构机单价为2500万,复杂型为5000万,而欧美生产的任意型号单价都要突破6000万,多年前更是高达上亿,这对于发展中国家来说,是巨大的福利。

信息来源:

科技日报:深瞳丨掘进,一路向前——中国盾构机走向世界始末

产经周刊:央视聚焦!国产盾构机的突破与创新

北京青年报官网:超大型盾构机的“中国心” 走近中科院金属所研发团队

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