盾构机：游走在地下的蛟龙

“基建狂魔”这个词想必大家都不陌生，作为这些年来被网友们津津乐道的“种花家”自带属性，“基建狂魔”代表的是我们国家一个又一个化腐朽为神奇、化不可能为可能的超级工程。公路、铁路、桥梁、水利……我们基建项目之多、速度之快，都是令人咋舌的。这背后所仰仗的，除了中国工程师和建设工人们百折不挠的精神与不辞劳苦地付出，还有很多并不为大众所熟知的建设利器，今天我们就来给大家介绍其中一种在暗无天日的地下游走的巨无霸：盾构机。

用于丹麦轨道交通建设的中国盾构机。

公路、铁路、水电等领域的隧道挖掘工程，这名称组合听起来有点奇怪，解释一下大家就能明白了。“构”是指构建，构建隧道，“盾”是指防护支撑，盾构机拥有一个坚固的圆柱体钢组件，即刀盘后面的盾体，可以对刚刚挖掘出来的隧道起到临时性支撑的作用，同时也抗衡着四周土层的压力，让挖掘、排土、衬砌等一系列作业都可以在护盾下进行。其中衬砌是指拼装支撑性管片，拼装管片以后同步注浆，盾构机在前面掘进，后面直接就可以形成永久结构，完成“构建”目的。盾构机就这样在地下一边割碎土层一边缓慢推进。

在配合上，盾构机每掘进一环，大概1.2米的距离，就会停下来拼装管片，在盾构机不断前进的同时，隧道内壁也就同步成形了，因此说这是非常高效的隧道掘进方式。隧道成形后，再由另一个团队跟进，虽然盾构机有自己的自动导向系统，但仍需要人工辅助随时测量检验隧道是否与规定线路吻合，从而配合盾构机按计划前进的工作。这直接关系到盾构机贯通隧道时，能否在原计划的隧道口准确出洞。

2008年，中国中铁1号盾构机下线

盾构机由“刀盘”“盾体”“配套排车”等组成，刀盘是掘进的突击部分，刀盘旋转切割掌子面的土体，再经过管道将渣土输送出来。

盾体承装刀盘的主轴，还装有控制刀盘方向的设置、电机驱动设备以及维修通道仓。配套排车装着整体的控制系统、工作室、渣土输出设备、管片运输设备等等。

整个盾构机组成结构颇为复杂，按功能划分又可分为导向系统、渣土改良系统、同步注浆系统、密封系统、掘进系统、拼装系统、出渣系统等多个组成部分。

盾构机之所以属于高端装备制造，在各国技术垄断的情况下难以自行研制，是因为它所涵盖的学科技术太多太复杂，包括机械、电气、测量、地质、土木、力学等等。传感、信息技术、机、电等技术领域在盾构机上都有所体现。

2018年，直径15.8米的中国中铁588号“春风号”盾构机下线。

不过中国在盾构机的使用和制造方面曾经被远远甩在后面。盾构机诞生至今已有一百七十多年的历史，始源于英国，后来技术和制造发展在最前列的是德国、美国和日本。直到1994年挖掘上海延安东路南线隧道，我国才第一次使用盾构机。在这之后，我们才体验到盾构机对于隧道挖掘工作的重大意义。

我们以北京地铁为例。北京作为我国的首都和国际化大都市，承载了两千多万常住人口，地面交通难以负荷如此庞大的人口出行需求。道路日益拥堵越发困扰着人们。因此，2006年以后，在北京原有4条线路的基础上，开始了又一轮的地铁建设高峰期。在上世纪60年代初，中国最早的地铁工程率先在北京开工，那个时候北京的地面建筑比现在少得多，而且当时的地铁修得不深，距离地表只有10米，所以工程师们选择的方案也简单直接，技术含量跟现在不可同日而语。当时是直接挖深沟，也就是开膛的明挖法，而明挖法需要拆除地面建筑，对于如今地面建筑林立的北京来说，无论是为修地铁拆除大量建筑还是长期围路阻碍交通，这绝对都是难以接受的。于是暗挖法就成了首选。那么暗挖法又包括矿山法、盾构法等，矿山法就是主要用钻眼爆破开挖断面的传统施工方法，这种方法相对来说施工慢、安全性较差。而使用盾构机，则安全、高效、精准，挖掘速度可达人工的几十倍。在北京地铁建设中大放异彩。要在不到10年的时间建设世界上最大的地铁交通系统，盾构机必不可少，在施工高峰期，曾有近百台盾构机在北京的地下工作，并且同时可以最大限度地减少对北京地面建筑和交通的影响。可以说，盾构机在城市建设中发挥了重大的作用。

2020年，中国中铁1000号盾构机下线。

2020年9月29日，中国中铁自主研制的第1000台盾构机在郑州下线，这是一个具有里程碑意义的节点，中国用了十几年，才成功打破西方的技术垄断，并且让中国的盾构机矗立在世界各国客户面前。这是一个从无到有、从有到精的大跨越。

时间推回到1997年，我国在修建秦岭隧道时，为了工程速度，也为了最大程度保障施工人员的安全，想要从德国进口两台盾构机，在那个年代，德国就开出了每台3.5亿元的价格，而且，还是二手旧机器，并且只出售成品，绝不提供技术。迫于无奈，我们答应了这样的购买条件。在盾构机加入进来之后，施工效率确实大大提高，工期缩短了十个月，施工工人的压力也减轻了许多。但因为那两台盾构机是旧设备，随着使用次数增多后期逐渐暴露出一系列的问题。

有关机器的所有维修保养，全部要由德国方面派来的专家负责，他们要求每小时600欧元的出工费，并且维护时还拉警戒线禁止中方人员入内参与。要知道，1997年，我们国家人均年收入也不过才4000人民币左右。

用现在的话来说，德方这一系列行为，可以说是伤害性很高，侮辱性也极强的操作了。

自己没有技术，就总得受制于人，自己没有技术，腰杆就直不起来。国与国之间的关系总是现实而残酷的，我们只能依靠自己。

5年后，在2002年的时候，“全断面掘进机关键技术研究”被正式列入国家高技术研究发展计划（863计划），在科技部批准和支持下，中铁隧道集团有限公司在河南新乡开始建设国内第一个隧道掘进机实验室，于2006年建成，开发了具有自主知识产权的盾构研发试验平台。

这期间，上海隧道工程股份有限公司也以较强的竞争力，获得了国家“863计划”关于开发国产化盾构掘进机的一系列项目。没有专业的画图软件，没有图纸可以参考，设计师们要全靠手工绘图画出设计图纸。稍有修改就得整张重画，饿了就泡方便面将就，困了就睡办公室。就这样，2004年9月，经过两年多的时间，第一台地铁盾构掘进机“先行号”成功下线。

到2008年，我国的第一台拥有自主知识产权的复合式盾构机由中铁隧道集团设计建造，在河南新乡正式下线，被命名为“中铁一号”。

经过无数专家学者和科研人员的拼搏钻研，这块硬骨头终于被啃下来了。但中国的工程师们依然有着更大的野心。

随后，中国的盾构机研发制造就一路开启了开挂模式。

首先是超大直径盾构机，此前，中国在小直径地铁用盾构机制造方面已经取得了长足进步，但超大直径盾构机的技术仍然只有德国等少数国家的几家企业掌握着。在修建南京纬三路过江通道时需要两台超大直径盾构机，冤家路窄，这个时候又是德国企业，每台要价高达7亿，当时谈的时候，外商既不讲价也不让步。

这样的要价让中方觉得太过昂贵，其强硬态度又让中方觉得不服气，于是中方人员就想，超大直径盾构机，你们外国制造商能制造，难道我们中国人真就不能制造出来吗？

当然，熟悉我国一贯画风和作风的朋友看到这就知道了，这机器两年后造了出来，算上研发成本，实际总成本在5亿以内。

2013年12月，中国创新研发首台大型“矩形断面盾构机”，此后矩形盾构机规格不断增加，超越了一个又一个世界纪录。

2014年10月，辽宁企业三三工业海外并购了盾构机巨头、世界500强企业，美国的卡特彼勒公司全资子公司。

2016年5月，国内生产出“多刀盘带滚刀盾构机”，适用于砂卵石地层，而砂卵石底层，原本是盾构机工作中的大克星，土层中的石头会划伤刀口，并且会顺着刀盘滚动，卡住刀盘，这种盾构机的研发解决了这一问题。　

同年，北方重工集团成功并购世界隧道掘进机知名品牌，法国NFM公司。　　　

2017年4月，研制出“组合式盾构机”，有两种或多种盾构方式组合而成，因此可以根据不同的地质条件改变工作方式，从而适应较为复杂的地层情况。

同年，中铁集团的国产盾构机首次进入欧洲市场，出口俄罗斯。

2019年，中铁集团盾构机首次反向出口法国，中国产的盾构机出现在了盾构机制造强国的地铁隧道中。中国盾构机顺利进入全球顶级高端市场，

从引进推广到自主创新，我国掌握了各种不同规格和类型的具有自主知识产权的盾构机的生产技术，同时，产品物美价廉，以前外商以亿计价的机器，中国制造则低到千万计价，也因此，国产盾构机不仅为我国地铁隧道、山地隧道、水底隧道的建设发挥着重要作用，还占领了约2/3的全球市场。这一出“反客为主”，不得不说，真是让国产制造扬眉吐气啊。