盾构机：中国的“穿山甲”

　　近日，在位于河南郑州的中国中铁工程装备集团有限公司（以下简称“中铁装备”）内的国家隧道掘进机产业化中心内，一台像马蹄一样的庞然大物静静地停靠在高大宽敞的车间内，上面写有“盾构机”字样。走近一看，它高足有3层楼，宽也有10米多。据工作人员介绍，它由10万多个部件组成，重三四千吨，真正工作起来，还要装备长约100米的工作线，它代表了中国在高端装备制造业最新水平。

　　这个钢铁巨物就是被誉为“工程机械之王”的隧道掘进机，又称盾构机，因其主要用于地下施工，又被形象地称为“穿山甲”。 新下线的这台“穿山甲”在形状上由以往常见的圆形、矩形变成了马蹄形。这小小的断面“变形”，却是世界首创，实现了工法、技术的“变形”，将引领世界隧道开挖的新模式。

　　随着中企接连中标海外隧道项目，国产盾构机这一大国重器，正成为“中国高铁”之后，中国高端智能制造装备“走出去”的又一张“金名片”。

　　绝活多 应用广

　　在中铁装备的车间里，和其它“兄弟”一比，这台“相貌”奇特的“穿山甲”显得鹤立鸡群。它不仅“脸盘儿”（刀盘）要大许多，同时在整体上近似于椭圆形，远观呈“U”型，颇像一个马蹄。

　　细细数来，断面上这样的刀盘有9个，它们被错落排放在“穿山甲”的断面上，最大的直径约有5米，最小的直径也超过1米。工作人员介绍说，变形后如何实现断面切削的全覆盖，是它技术创新的核心所在。每个刀盘都是独立的操控系统，可随意组合，同时单个和不同方向的旋转，如同一个“千手观音”。“以往的圆形盾构机，大多是一个大刀盘旋转、一套控制系统的粗放施工，这台新型盾构机，可针对不同土质层进行最大面积、最大角度的精细开挖。”

　　这台“穿山甲”的背上还印着一个名字——“蒙华号”。原来，它是专门为蒙华铁路（国内最大规模运煤专线——蒙西到华中煤运铁路）的白城隧道量身定做的，这填补了中国山岭铁路隧道施工中的技术空白。

　　白城隧道，属于铁路山岭软土隧道，如果用传统的圆形“穿山甲”作业，一天只能挖50米左右，且由于土质松软，容易塌方。而利用这种新型的“穿山甲”，不仅安全，而且速度快，保守估计一天能开挖300米。

　　“这种马蹄形盾构机，通过断面的革新，最大限度地提高了隧道空间利用率，较圆形截面减少10%—15%的开挖面积，是全球首创的隧道新型开挖模式。”中铁装备总经理谭顺辉解释说。

　　由于空间利用率增加，这种“穿山甲”有了另一个绝活，那就是一次能做两趟的活。“以前，铁路隧道施工时，需要利用两台圆形盾构机，同时打两条隧道，而有了这台‘马蹄形’盾构机，只需打一条隧道，就可以容纳一来一回两根铁路线。”谭顺辉说。

　　成本低 效率高

　　盾构机，是衡量一个国家地下施工装备制造水平的重要标志。简单地说，它的工作过程是，顶端刀盘将主体（石块、土层等）切削，用螺旋机将泥土抽出至皮带上再运出，再组装事先制作好的管片，用以支撑隧道防止坍塌。在此基础上再进行铺轨电缆、通讯等设施，最后通车，就成为地铁、铁道。

　　国产“穿山甲”的研制，经历了从无到有，再到加快走向世界的历程。

　　如今已是中铁工程装备集团董事长的李建斌，曾在中铁隧道集团打了28年的洞。上世纪后半期，国内铁路隧道挖掘装备长时间依赖从国外进口的盾购机。由于制造技术被国外垄断，每次这些“穿山甲”出故障，都是李建斌和他的同事最挠头的时候。有一次，由于外方不提供设备参数，中方查了半个月，也没查出故障原因。迫于无奈，大家只能请“洋工”，“从下飞机，不到半个小时，修改几个参数，费用就高达20多万元。”这段经历让李建斌刻骨铭心。

　　进入新世纪，国内地铁、铁路项目不断增多，制造国产“穿山甲”的梦想更显迫切。“人家带着包来，带着包走，就把钱赚了。凭什么？”无数像李建斌这样的人下定决心，吃透这个外国“穿山甲”，消化、吸收，再创新，一定要造出听咱们话的“穿山甲”来。

　　2002年，我国第一个盾构“863”计划起航。科学家们除了要攻克机械、电气、液压、传感、力学等难关，还需要十几个系统协调运转，把10万多个部件有机集合在一起，让它们成为“穿山甲”健康运转的“五脏六腑”。

　　经过6年的艰苦研制，2008年，我国首台复合式盾构机在中国中铁隧道集团诞生。这台复合式“穿山甲”“软硬通吃”，具有较强的地质适用性。1年后，我国第一台硬岩盾构机诞生。同年，中铁工程装备集团正式组建，国产“穿山甲”开始走向世界。

　　行中国 闯世界

　　重研发、以质取胜是国产“穿山甲”的立身之本。从首台硬岩泥水顶管、世界最小的硬岩“穿山甲”，到刚下线的马蹄形“穿山甲”，国产“穿山甲”的门类越来越丰富，技术越来越先进。

　　在中铁装备国产“穿山甲”的电焊车间，为了保证质量可追溯，按照要求，每道工序和焊缝上都必须焊上代表员工的字母和数字。这意味着，今后不管哪道焊缝出了问题，都能倒查到人。

　　因为过硬的技术，以前不敢做的项目如今敢做了。2013年，中铁装备自主研制的世界最大矩形“穿山甲”成功应用于郑州中州大道下穿工程，引发国际关注。这时，新加坡汤申地铁项目正因为找不到适合的地下施工装备而苦恼。原来，该项目有一处埋深只有3米的标段，因为施工难度大，几乎所有的国际厂商都望而却步。最终，在经过实地考察后，中铁装备的这台矩形“穿山甲”顺利中标。为此，新加坡方面甚至重新修改了原来的工程设计与工法。

　　因为过硬的质量，越来越多的中外公司开始接纳中国造“穿山甲”。今年2月，中国造的世界最小的硬岩“穿山甲”，被意大利CMC公司采购应用于黎巴嫩大贝鲁特供水项目，这也是中国自主品牌硬岩“穿山甲”首次被欧美采用。而就在一个多月前，由中铁隧道集团总承包、国产“穿山甲”参与的“中亚第一长隧”——安帕铁路卡姆奇克隧道正式通车。中国工程院院士、中铁隧道集团副总工程师王梦恕表示，国产“穿山甲”提升了中国在隧道领域的建设水平。

　　从2008年第一台盾构机下线到目前年产量达100台，以中铁装备为代表的国产“穿山甲”制造业，正在从徒弟逐步变成师傅，走向海外。据统计，今年中铁装备的订单量再创新高，市场份额稳居国内第一、世界第二，其中海外订单成最大亮点，占比超过20%。

　　以国产“穿山甲”为主要装备的“中国隧道”，已成为“中国高铁”之后，又一块叫响世界的金字招牌。“未来，我们将致力于实现盾构机领域中国设计、世界制造的目标。”李树斌说。