高占奮，王曉輝

（天水風(fēng)動(dòng)機(jī)械有限公司，甘肅 天水 741020）

隧道掘進(jìn)是交通、能源、水電水利、國(guó)防建設(shè)等設(shè)施工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)交通隧道施工量占比很大，施工方法多樣、技術(shù)水平及要求高、地域條件差別大、使用設(shè)備種類多。

交通運(yùn)輸部發(fā)布的2018年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)顯示， 截止2018年底， 中國(guó)公路里程484.65 萬(wàn)千米，比2017年增加7.3 萬(wàn)千米。2018年完成公路投資21335 億元， 比2017年增長(zhǎng)0.7%。 “十二五”、“十三五”期間，年增加公路隧道長(zhǎng)度1100 km 以上。中國(guó)是世界公路隧道個(gè)數(shù)最多，里程最長(zhǎng)的國(guó)家。 截止2018年底，中國(guó)公路隧道里程17236 km， 較2017年增加1509 處，新增里程1951 km。

截止2020年底， 中國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程14.5 萬(wàn)千米，鐵路隧道數(shù)16789 處，隧道長(zhǎng)度19630 km?！笆濉薄ⅰ笆濉逼陂g，分別建成鐵路隧道里程6038km、6592 km，年增加10%左右。

“十四五”期間，鐵路投資額度預(yù)計(jì)3.5 萬(wàn)億元，重點(diǎn)是川藏鐵路、沿江沿海鐵路、西部陸海新通道等重大工程，以及“八縱八橫”主通道和五大城市群城際鐵路。 公路投資額度預(yù)計(jì)13.5 萬(wàn)億元，重點(diǎn)是國(guó)家區(qū)域重大戰(zhàn)略涉及的公路新建和改擴(kuò)建。

1 主要設(shè)備及特點(diǎn)

1.1 氣動(dòng)鑿巖機(jī)

氣動(dòng)鑿巖機(jī)的外形見(jiàn)圖1，大量用于鉆爆法進(jìn)行隧道掘進(jìn)。氣動(dòng)鑿巖機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，施工技術(shù)簡(jiǎn)單、靈活，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，投資少，適用隧道斷面范圍很大，對(duì)工作面角度無(wú)要求，可多工作面同時(shí)施工，施工時(shí)占地小，對(duì)工地交通條件無(wú)要求。 不足之處是高效作業(yè)需多人多機(jī)，工作環(huán)境差，抗特殊地質(zhì)能力差，需要進(jìn)行二次襯砌。多臺(tái)鑿巖機(jī)利用桁架同時(shí)鑿孔時(shí)的圖片見(jiàn)圖2。

圖1

圖2

1.2 鑿巖臺(tái)車(chē)

鑿巖臺(tái)車(chē)采用鉆爆法進(jìn)行隧道掘進(jìn)，臺(tái)車(chē)的外形見(jiàn)圖3。 鑿巖臺(tái)車(chē)施工技術(shù)簡(jiǎn)單、靈活，適用隧道斷面范圍大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)備維護(hù)有一定的技術(shù)要求，投資較大、對(duì)工作面角度無(wú)要求，多個(gè)工作面可同時(shí)施工，施工占地小，對(duì)工地交通條件有要求，工作時(shí)噪音低，環(huán)境污染較小，抗特殊地質(zhì)能力差；需要進(jìn)行二次襯砌，鑿巖臺(tái)車(chē)鉆鑿隧道的圖片見(jiàn)圖4。

圖3

圖4

1.3 隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）

1997年隧道掘進(jìn)機(jī)在西康鐵路秦嶺終南山隧道使用以來(lái)，經(jīng)過(guò)二十多年的不斷完善，已在特長(zhǎng)隧道中使用。 隧道掘進(jìn)機(jī)具有機(jī)械化程度高、工作環(huán)境好、作業(yè)人員少、安全性好、隧道成洞質(zhì)量高、抗不良地質(zhì)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。 不足之處是投資很大、成本高，需按隧道斷面直徑訂制、制造周期長(zhǎng)，對(duì)工地交通、場(chǎng)地條件有較高要求，需開(kāi)一定長(zhǎng)度的隧道或豎井，現(xiàn)場(chǎng)組裝需大型吊車(chē)等輔助設(shè)備， 對(duì)隧道長(zhǎng)度在經(jīng)濟(jì)性上有較高要求，設(shè)備故障處置成本很高。 隧道掘進(jìn)機(jī)的圖片見(jiàn)圖5，大型吊車(chē)組裝隧道掘進(jìn)機(jī)時(shí)的圖片見(jiàn)圖6。

圖5

圖6

2 設(shè)備技術(shù)水平及市場(chǎng)現(xiàn)狀

2.1 氣動(dòng)鑿巖機(jī)

中國(guó)的氣動(dòng)鑿巖機(jī)生產(chǎn)制造起步于上世紀(jì)50年代，發(fā)展于70年代，壯大于本世紀(jì)初。 1972年根據(jù)一機(jī)部礦山工程機(jī)械局礦技字86 號(hào)“關(guān)于氣腿式鑿巖機(jī)減少種類，提高產(chǎn)品質(zhì)量等問(wèn)題的函”及一九七二年全國(guó)鑿巖機(jī)械及風(fēng)動(dòng)工具行業(yè)會(huì)議“關(guān)于氣腿式鑿巖機(jī)定型及有關(guān)問(wèn)題的決定”，綜合用戶意見(jiàn)及1972年全國(guó)七個(gè)廠8 種氣腿式鑿巖機(jī)在北京大安山煤礦和南京梅山鐵礦對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果， 定型出了7655、YT23、YT24、YTP26 等型氣腿式鑿巖機(jī)，在性能方面縮小了與國(guó)際水平的差距。 80年代開(kāi)發(fā)定型YT27、YT28等型產(chǎn)品，通過(guò)十年持續(xù)改進(jìn)，各項(xiàng)指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。 特別是隧道掘進(jìn)采用輔助整體桁架，多臺(tái)鑿巖機(jī)全斷面同時(shí)鉆孔，其重量輕、使用靈活的特點(diǎn)顯出了明顯的優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)各礦山和隧道工程的主力機(jī)型。經(jīng)行業(yè)統(tǒng)計(jì)及市場(chǎng)調(diào)查抽樣分析得出的YT28、YT29A 型氣動(dòng)鑿巖機(jī)的主要生產(chǎn)地區(qū)及市場(chǎng)占比見(jiàn)表1。 近年來(lái)，此類產(chǎn)品約占交通隧道工程市場(chǎng)份額90%以上。

表1

2.2 鑿巖臺(tái)車(chē)

八十年代，隨著國(guó)家礦山、重點(diǎn)工程的建設(shè)需要，金川公司、大瑤山鐵路隧道等國(guó)家重點(diǎn)工程，先后引進(jìn)了瑞典阿特拉斯、山特維克、法國(guó)愛(ài)姆科以及日本古河等國(guó)家的多臂掘進(jìn)鉆車(chē)。國(guó)內(nèi)行業(yè)廠家先后開(kāi)始了液壓掘進(jìn)鉆車(chē)和液壓鑿巖機(jī)的研制開(kāi)發(fā)。 并與法國(guó)、瑞典等相關(guān)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)合作制造出相關(guān)產(chǎn)品，并通過(guò)了鑒定。 部分后進(jìn)入鑿巖臺(tái)車(chē)行業(yè)的開(kāi)拓者， 經(jīng)過(guò)大投入，已進(jìn)入了隧道工程，但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)際水平還有差距。 關(guān)鍵的液壓鑿巖機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、閥及內(nèi)燃機(jī)采用國(guó)外品牌，這意味著高價(jià)格。 鑿巖臺(tái)車(chē)主要生產(chǎn)地區(qū)有湖南長(zhǎng)沙、河南新鄉(xiāng)、河北、江西、浙江、江蘇等地，現(xiàn)占交通隧道市場(chǎng)不到5%。

進(jìn)入21 世紀(jì)， 隨著社會(huì)的進(jìn)步及人民生活水平的不斷提高，人力成本的不斷升高，國(guó)內(nèi)液壓鉆車(chē)、 液壓錨桿機(jī)等全液壓鑿巖設(shè)備飛速發(fā)展。隨著科技進(jìn)步，鑿巖技術(shù)有了較大的發(fā)展，電子技術(shù)、液壓技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)的成果廣泛應(yīng)用到液壓鉆車(chē)方面。 模塊化、多功能化、大型化、智能化、 高速鉆進(jìn)化成了液壓鉆車(chē)的發(fā)展特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)主要用于隧道掘進(jìn)的主要有徐工、鑫通、鐵建重工、中鐵裝備等幾家廠商的多臂全液壓鉆車(chē)，錨桿支護(hù)設(shè)備主要有宣化華泰的全液壓錨桿機(jī)。如今，在國(guó)內(nèi)掘進(jìn)鑿巖設(shè)備中，國(guó)產(chǎn)的鑿巖設(shè)備市場(chǎng)份額不斷增加，打破了國(guó)外跨國(guó)公司對(duì)鑿巖設(shè)備的壟斷。

2.3 盾構(gòu)設(shè)備（TBM）

盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世至今已有近200年的歷史，其開(kāi)始于英國(guó)，發(fā)展于日本、德國(guó)。 1965年上海市隧道工程公司成立，是我國(guó)最早進(jìn)行盾構(gòu)隧道試驗(yàn)的單位，1970年9月采用盾構(gòu)法打通了中國(guó)首條過(guò)江隧道。

經(jīng)過(guò)近六十多年努力， 在國(guó)家層面通過(guò)引進(jìn)、收購(gòu)、863 計(jì)劃、首臺(tái)套等多種方式，促進(jìn)了盾構(gòu)設(shè)備（TBM）的發(fā)展。 “十三五”以來(lái)，中鐵重工集團(tuán)、中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司等制造的φ15 米、φ14.82 米規(guī)格不等的設(shè)備投入使用。2022年4月中鐵裝備公司制造的最高巖石抗壓強(qiáng)度135 MPa 盾構(gòu)機(jī)首次通過(guò)葡萄牙驗(yàn)收。盾構(gòu)設(shè)備（TBM）以后將越來(lái)越多地參與到特長(zhǎng)巖層隧道工程之中。

3 結(jié)束語(yǔ)

鑿巖設(shè)備技術(shù)是綜合性技術(shù)，反映基礎(chǔ)研究水平、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平、制造工藝水平、材料與配套元件及管理水平。 “十四五”時(shí)期，西部地區(qū)仍將是發(fā)展重點(diǎn)， 隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施，交通項(xiàng)目增多，鑿巖設(shè)備的生產(chǎn)制造將呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展的局面。