文/本刊記者 高茜

2017年8月1日，直徑為9.03米、我國(guó)自主研制的國(guó)內(nèi)最大直徑敞開(kāi)式硬巖掘進(jìn)機(jī)“彩云號(hào)”在昆明中鐵電建總裝車(chē)間下線，它將投入到亞洲第一鐵路長(zhǎng)隧——大瑞鐵路高黎貢山隧道的施工，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)9米以上大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)的空白，打破了“洋盾構(gòu)”一統(tǒng)天下的局面；

2017年8月7日，一臺(tái)為汕頭海灣隧道量身定制的、直徑達(dá)15.03米、長(zhǎng)130米的超大直徑混合盾構(gòu)機(jī)下線，這臺(tái)“巨無(wú)霸”馬上要奔赴它的戰(zhàn)場(chǎng)，打出一條海底隧道；

2018年1月3日，由中鐵裝備自主研發(fā)、世界首創(chuàng)的馬蹄形盾構(gòu)機(jī)在蒙華鐵路白城隧道掘進(jìn)突破3000米大關(guān)。

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提起中國(guó)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不得不說(shuō)，作為中國(guó)制造的堅(jiān)強(qiáng)后盾——中鐵裝備研制的盾構(gòu)機(jī)不斷刷新世界紀(jì)錄，掘出中國(guó)速度。

城市地下空間的“穿行者”

盾構(gòu)是用于保護(hù)地層穩(wěn)定的掘進(jìn)機(jī)的防護(hù)結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為混凝土、鑄鐵或鋼制，它利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點(diǎn)向前推進(jìn)，用刀盤(pán)切割土體，同時(shí)排土和拼裝后面的預(yù)制混凝土襯砌塊，為掘進(jìn)機(jī)提供了工作時(shí)的臨時(shí)支撐。

在盾構(gòu)機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)之前，修建地下工程，大都依靠人力挖掘，或者直接進(jìn)行露天開(kāi)挖土石方工程，這樣既占用大面積的土地，又影響人們的正常出行。

作為世界雙500強(qiáng)企業(yè)——中國(guó)中鐵股份有限公司下屬的子公司，中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中鐵裝備”）是專(zhuān)業(yè)從事隧道掘進(jìn)機(jī)（盾構(gòu)機(jī)和TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)）研發(fā)制造和技術(shù)服務(wù)的大型國(guó)有企業(yè)，同時(shí)也是中國(guó)盾構(gòu)行業(yè)起步較早、發(fā)展快、實(shí)力強(qiáng)、擁有核心技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)多、市場(chǎng)占有率高、海外出口盾構(gòu)最多的專(zhuān)業(yè)化企業(yè)。

“盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世至今已有近180年的歷史，始于英國(guó)，發(fā)展于日本、 德國(guó)。國(guó)外的產(chǎn)品昂貴，在使用上也存在著設(shè)計(jì)不便利、售后服務(wù)不到位等問(wèn)題。我們就從這兩個(gè)問(wèn)題著手進(jìn)行突破。”中國(guó)中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)譚順輝說(shuō)。

2008年，中鐵裝備首臺(tái)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備在河南新鄉(xiāng)成功下線，這是我國(guó)首臺(tái)自主研制的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備，性能表現(xiàn)優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備。

2014年，習(xí)近平總書(shū)記視察中鐵工程裝備集團(tuán)時(shí)，提出了“三個(gè)轉(zhuǎn)變”的要求，囑托中鐵裝備要努力占領(lǐng)世界制高點(diǎn)、掌控技術(shù)話語(yǔ)權(quán)。

作為國(guó)家“北煤南運(yùn)”戰(zhàn)略運(yùn)輸通道，蒙華鐵路（內(nèi)蒙古西部—華中地區(qū)）全長(zhǎng)1837公里，是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的運(yùn)煤專(zhuān)線。其中白城隧道位于陜西靖邊縣境內(nèi)，全長(zhǎng)3345米，最大埋深81.05米，設(shè)計(jì)時(shí)速120公里。此地段處于我國(guó)毛烏素沙漠與黃土高原交界處，屬軟土軟巖地質(zhì)，如采用傳統(tǒng)隧道施工方式掘進(jìn)，極易出現(xiàn)塌方、掉拱等事故。

為了解決這一難題，中鐵裝備自主研發(fā)的馬蹄形盾構(gòu)機(jī)，刀盤(pán)高10.95米、寬11.9米，盾體采用梭式結(jié)構(gòu)，有效降低盾體與地層之間的摩擦力，減小推進(jìn)阻力；雙螺旋輸送機(jī)出土，刀盤(pán)采用九個(gè)小刀盤(pán)共同組成一個(gè)馬蹄形斷面的創(chuàng)新組合方式，可進(jìn)行全斷面切削。

鄭州中州大道紅專(zhuān)路下穿隧道距離中州大道路面埋深只有3米左右，該工程在下穿工程中屬于埋深較淺的，如果隧道埋深小于盾構(gòu)直徑，盾構(gòu)會(huì)在穩(wěn)定性很差的人工堆積層中掘進(jìn)，易造成開(kāi)挖面土體塌方，造成中州大道路面沉降。

中鐵裝備依托河南省重大科技專(zhuān)項(xiàng)、鄭州市重大科技專(zhuān)項(xiàng)以及中國(guó)中鐵股份有限公司重大科研項(xiàng)目等課題不斷加大矩形頂管機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，于2013年12月成功研發(fā)設(shè)計(jì)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超大斷面（長(zhǎng)10.12m×高7.27m）矩形頂管機(jī)。

突破六刀盤(pán)復(fù)合開(kāi)挖聯(lián)合控制、耦合糾偏、動(dòng)態(tài)減摩降阻、及強(qiáng)化超大斷面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等關(guān)鍵技術(shù)難題，相比于同類(lèi)圓形頂管機(jī)或者常規(guī)圓形盾構(gòu)機(jī)，它在城市短距離隧道施工中適應(yīng)性更高，覆土更淺、對(duì)始發(fā)場(chǎng)地面積要求更小，所開(kāi)挖的隧道，有效使用面積能夠增加20%以上，減少了圓形隧道仰拱澆筑的步驟，可大大提高后續(xù)輔助施工效率。

而且在成功應(yīng)用于鄭州中州大道紅專(zhuān)路下穿隧道后，中鐵裝備帶領(lǐng)矩形頂管機(jī)又完成了新加坡湯申線地鐵出入口通道、天津黑牛城過(guò)街通道等項(xiàng)目，徹底改變了下穿隧道施工需“開(kāi)膛破肚”、斷行的歷史，有效緩解了城市交通壓力，是城市下穿隧道、地鐵出入口通道、地下停車(chē)場(chǎng)、綜合管廊等地下工程建設(shè)方案的解決者。

當(dāng)之無(wú)愧地成為一項(xiàng)“中國(guó)好設(shè)計(jì)”。密合作，提供地下空間綜合開(kāi)發(fā)解決方案?！?/p>

中鐵裝備生產(chǎn)了近600臺(tái)各具特色的盾構(gòu)產(chǎn)品，推出土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)、硬巖掘進(jìn)機(jī)、異形盾構(gòu)機(jī)、多模式盾構(gòu)機(jī)等多種產(chǎn)品。這些產(chǎn)品無(wú)論身處何地，都可以在后臺(tái)監(jiān)控其各項(xiàng)參數(shù)。中鐵裝備的盾構(gòu)遠(yuǎn)程信息服務(wù)中心，可實(shí)時(shí)監(jiān)控每一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行狀況，并在線分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，極大縮短設(shè)備預(yù)警以及故障解決的周期，為掘進(jìn)設(shè)備保駕護(hù)航。

同時(shí)，依托“TBM（硬巖掘進(jìn)機(jī)）安全高效掘進(jìn)全過(guò)程信息化智能控制與支撐軟件基礎(chǔ)研究”973計(jì)劃項(xiàng)目，中鐵裝備已能進(jìn)行智能設(shè)計(jì)，大幅提升掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造水平。最顯著的好處是，它能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的智能掘進(jìn)，也許將在不遠(yuǎn)的將來(lái)讓“無(wú)人值守、智能掘進(jìn)”成為現(xiàn)實(shí)。

中鐵裝備通過(guò)超大斷面矩形頂管機(jī)的設(shè)計(jì)制造，凝聚一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果，且該研究成果已通過(guò)國(guó)際查新與國(guó)家礦山機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)認(rèn)證，并先后獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利21項(xiàng)，相繼榮獲2014年中國(guó)鐵路工程總公司科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2016年中國(guó)好設(shè)計(jì)金獎(jiǎng)、2017年鄭州市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

四年來(lái)，中鐵裝備先后研制出了“世界最大斷面矩形盾構(gòu)機(jī)”“世界最小直徑硬巖TBM”“世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)機(jī)”“國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)制造的最大直徑（15.03米）泥水平衡盾構(gòu)機(jī)”等系列產(chǎn)品不斷刷新記錄，使得研發(fā)制造能力保持在世界領(lǐng)先水平。

自主智能設(shè)計(jì)成為重要推進(jìn)力量

譚順輝指出，如果用一句話概括中國(guó)盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展歷程，可以說(shuō)是“從無(wú)到有，從有到優(yōu)”。

“我們每年有將近十個(gè)左右的新產(chǎn)品推出，在科技活動(dòng)方面的投入占營(yíng)業(yè)收入的10%。國(guó)家對(duì)中鐵裝備等高新裝備企業(yè)要求的科技活動(dòng)投入在3.5%，我們提高了三倍。這樣的研發(fā)經(jīng)費(fèi)比例與華為接近?！弊T順輝強(qiáng)調(diào)，“中鐵裝備下設(shè)有設(shè)計(jì)研究總院、地下空間設(shè)計(jì)研究院、智能工程研究院的科技工作體系，通過(guò)緊

“鉆”出世界級(jí)速度

“中鐵裝備已成為國(guó)內(nèi)最大、世界第二的隧道裝備供應(yīng)商，產(chǎn)品出口海外11個(gè)國(guó)家和地區(qū)，中國(guó)品牌在世界市場(chǎng)的影響力與日俱增?！弊T順輝介紹說(shuō)。

在黎巴嫩的首都貝魯特，幾乎家家戶戶的樓頂都可以看到裝置著多個(gè)大水箱，居民就是用這些水箱來(lái)儲(chǔ)存日常用水。水箱里的水是由專(zhuān)門(mén)的送水車(chē)收費(fèi)送上門(mén)，但這種水，只能供貝魯特居民日常洗漱使用，飲用水居民還需要額外花錢(qián)購(gòu)買(mǎi)。

2014年，黎巴嫩政府決定建造一個(gè)“大貝魯特飲水工程”解決首都居民飲水問(wèn)題。然而，貝魯特地區(qū)位于黎巴嫩海岸線突出的海岬上，沿海山脈底部是喀斯特地貌，山體巖石堅(jiān)硬或是中等硬度，山體地質(zhì)高風(fēng)化、斷層多。想要建造一個(gè)飲水工程，就必須在這樣特殊地質(zhì)的山體中打穿隧洞，而且這種隧洞的直徑只能允許3.5米。但當(dāng)時(shí)全世界都沒(méi)有這么小直徑的掘進(jìn)機(jī)，中標(biāo)黎巴嫩大貝魯特飲水工程的意大利施工方始終無(wú)法解決這個(gè)難題。

為掌握小直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，打破國(guó)外壟斷局面，提高我國(guó)硬巖掘進(jìn)機(jī)重大裝備技術(shù)水平及核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)重大裝備走出國(guó)門(mén)，中國(guó)中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司收購(gòu)了德國(guó)維爾特硬巖掘進(jìn)機(jī)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和品牌使用權(quán)，并以國(guó)家973、863計(jì)劃項(xiàng)目為依托，加強(qiáng)研發(fā)小直徑全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）的自主設(shè)計(jì)和制造技術(shù)力度。

經(jīng)過(guò)5年時(shí)間的攻關(guān)，中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司自主掌握了雙X撐靴式巖石隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)刀具設(shè)計(jì)制造技術(shù)、刀具背裝技術(shù)、刀群高效破巖技術(shù)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)與推進(jìn)技術(shù)、電液控制系統(tǒng)集成技術(shù)以及大型結(jié)構(gòu)件制造及整機(jī)聯(lián)調(diào)聯(lián)試技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)。并采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范背裝式刀具、人員通道、電氣設(shè)備、防火降噪、通風(fēng)及有害氣體控制的設(shè)計(jì)，且配置了逃生艙、廁所等眾多人性化裝備，讓中國(guó)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)更能適應(yīng)“洋環(huán)境”。

2016年1月27日，自主研制的世界最小直徑3.53米雙X撐靴式巖石隧道掘進(jìn)機(jī)在鄭州中鐵裝備車(chē)間正式下線。

同年8月、9月，兩臺(tái)“中國(guó)造”、直徑僅有3.5米的“世界最小”硬巖掘進(jìn)機(jī)——中鐵237號(hào)和238號(hào)，在黎巴嫩先后投入使用。這項(xiàng)黎巴嫩大貝魯特引水工程由國(guó)際知名建筑商意大利CMC公司開(kāi)始進(jìn)行施工建設(shè)，中鐵裝備生產(chǎn)的硬巖掘進(jìn)機(jī)也因此走進(jìn)了意大利的市場(chǎng)。

黎巴嫩政府特別為這兩臺(tái)硬巖掘進(jìn)機(jī)分別起名為“麗雅”和“雅斯米納”，分別象征“慷慨、正直、開(kāi)放”和“勇敢、果斷、活力”。別看它們塊頭小，“中鐵237號(hào)”卻“鉆”出了世界級(jí)速度。自2016年8月1日始發(fā)以來(lái)，這臺(tái)掘進(jìn)機(jī)最高日進(jìn)尺達(dá)到了48米，遠(yuǎn)高于世界其它同類(lèi)設(shè)備水平。

小直徑雙X撐靴式巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的成功研制攻克了地層埋深大、巖石強(qiáng)度大、巖體風(fēng)化不均、且存在溶洞、涌水風(fēng)險(xiǎn)等結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的地質(zhì)施工難題，突破了狹小空間完成支護(hù)、隧道頂部完成皮帶機(jī)糾偏、超前預(yù)報(bào)和支護(hù)系統(tǒng)以及狹小空間進(jìn)行維護(hù)和作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)。這是中國(guó)自主品牌巖石隧道掘進(jìn)機(jī)首次出口歐洲，標(biāo)志著中國(guó)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)得到了國(guó)際市場(chǎng)的全面認(rèn)可。

截至目前，中鐵裝備產(chǎn)品已銷(xiāo)往馬來(lái)西亞、新加坡、意大利、以色列、印度、黎巴嫩、埃塞俄比亞、越南等國(guó)，成為出口海外盾構(gòu)設(shè)備數(shù)量最多、種類(lèi)最齊全、覆蓋國(guó)家和地區(qū)最廣泛的國(guó)內(nèi)盾構(gòu)企業(yè)。

中鐵裝備以不斷的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，演繹著中國(guó)制造從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的傳奇，推動(dòng)著中國(guó)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變。