季海

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)是挖掘隧道專用的工程機(jī)械，簡(jiǎn)稱“盾構(gòu)機(jī)”，至今已有近200年的歷史。

由來(lái)

18世紀(jì)末，法國(guó)工程師布魯諾爾發(fā)現(xiàn)一種叫“船蛆”的軟體動(dòng)物，寄生在木船上，以木料為食。

它看起來(lái)像蠕蟲，實(shí)際上卻是一種蛤，一端有兩片薄而小的貝殼，另一端有兩根管子。當(dāng)它鉆進(jìn)木頭里時(shí)，管子便伸出孔外，一根用來(lái)攝食和呼吸，一根用來(lái)排泄廢物。同時(shí)，它會(huì)分泌一種液體，在孔壁上形成保護(hù)殼。

布魯諾爾從中獲得靈感，發(fā)明了一種挖掘隧道的設(shè)備。它能一邊挖土，一邊安裝支撐防護(hù)設(shè)備。這就是最初的盾構(gòu)機(jī)。

1825年，布魯諾爾發(fā)明的矩形盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用于倫敦泰晤士河隧道工程，但過程并不順利。經(jīng)過漫長(zhǎng)的改良調(diào)整后，新的盾構(gòu)機(jī)在1835年投入使用，又經(jīng)過數(shù)年施工，泰晤士河水底隧道終于在1843年建成。

盡管這種盾構(gòu)機(jī)意義非凡，但仍沒有擺脫手掘的束縛。人們把這種盾構(gòu)機(jī)稱為“第一代盾構(gòu)機(jī)”。

后來(lái)，盾構(gòu)機(jī)采用壓縮空氣的方式，用機(jī)械開挖代替了人工開挖。人們把這種機(jī)械式和氣壓式盾構(gòu)機(jī)稱為“第二代盾構(gòu)機(jī)”。

第三代盾構(gòu)機(jī)則包括泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)。泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)將棄土以泥水的形式排出，土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)則將棄土從出泥艙排出。

第四代盾構(gòu)機(jī)以大直徑、大推力、大扭矩以及高智能化和多樣化為主要特色，在當(dāng)代隧道建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。

經(jīng)過兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，如今的盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)變?yōu)榧喾N高科技于一體的尖端設(shè)備，廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路等隧道工程，有“鉆地龍”的美譽(yù)。

原理

現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)全身包裹著金屬殼體，非常堅(jiān)固，可以抵抗地層的坍塌和擠壓。它的前部有個(gè)大刀盤，像一把巨型電動(dòng)剃須刀。刀盤每轉(zhuǎn)一圈，就能切削很多泥土，即便是堅(jiān)硬的巖石也不在話下。刀盤后方是一個(gè)收集渣土和碎石的土艙，連接著螺旋輸送機(jī)和傳輸皮帶，可以將泥土不斷運(yùn)送到后方的拖車中，再傳送到地面，工作效率很高。

崛起

20世紀(jì)90年代，中國(guó)還無(wú)法生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，只能從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口。進(jìn)入21世紀(jì)后，中國(guó)雖然仿制了一些盾構(gòu)機(jī)，但限于技術(shù)落后無(wú)法推廣應(yīng)用。隧道工地上的盾構(gòu)機(jī)，大多來(lái)自德國(guó)和日本。

進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)不僅價(jià)格昂貴，售后服務(wù)和維修也都不方便：外國(guó)工程師在維修時(shí)，不允許中國(guó)技術(shù)人員在旁觀看，理由是保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此，如果不能改變這種局面，盾構(gòu)機(jī)的“話語(yǔ)權(quán)”會(huì)一直掌握在他人手里，中國(guó)在未來(lái)將十分被動(dòng)。

從2002年開始，中國(guó)致力于制造最好的盾構(gòu)機(jī)。中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部將盾構(gòu)技術(shù)研究列入國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃，決心實(shí)現(xiàn)中國(guó)盾構(gòu)技術(shù)的歷史性突破。

2004年，第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“先行者”地鐵盾構(gòu)機(jī)推出。

2006年，擁有33項(xiàng)技術(shù)專利的“先行者2號(hào)”盾構(gòu)機(jī)正式下線，首次實(shí)現(xiàn)中國(guó)地鐵盾構(gòu)機(jī)的批量生產(chǎn)。

2008年，中國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)——“中國(guó)中鐵1號(hào)”下線，一舉打破了德日美三國(guó)在盾構(gòu)機(jī)方面對(duì)中國(guó)的技術(shù)壟斷和封鎖。

2009年，大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)“進(jìn)越號(hào)”誕生，中國(guó)具備了大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)的自主設(shè)計(jì)和制造能力，成功邁入盾構(gòu)機(jī)大國(guó)行列。

2010年，中國(guó)首臺(tái)自主研制的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)“開路先鋒19號(hào)”橫空出世，零部件國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到87%。從此，進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額大幅下降，價(jià)格不斷跳水。

超越

2017年10月26日，直徑達(dá)15.03米的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)下線。它的誕生，成功打破了國(guó)外品牌多年一統(tǒng)全球超大直徑盾構(gòu)機(jī)的局面。2018年9月29日，直徑達(dá)15.80米的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)下線，標(biāo)志著中國(guó)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造邁向高端化，進(jìn)一步加快了中國(guó)在地下空間開發(fā)工程裝備領(lǐng)域由制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)的步伐。

如今，中國(guó)已全面掌握盾構(gòu)機(jī)的核心制造技術(shù)，并推動(dòng)了掘進(jìn)機(jī)器人的研發(fā)朝智能化方向邁進(jìn)。中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)不僅在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到90%，還出口到21個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在全球市場(chǎng)占據(jù)了2/3以上的份額。雖然仍然有很多技術(shù)難題等待攻克，但只要我們堅(jiān)守初心，百尺竿頭，更進(jìn)一步，未來(lái)的中國(guó)盾構(gòu)機(jī)將會(huì)迎來(lái)更大的輝煌！