中国科“迹” | 当年维修一天上万美金，如今国产盾构机走向世界（上）

导语

在中国共产党历史展览馆的展厅中，一台盾构机模型静静陈列，它便是列入100件新时代见证物的“京华号”。

“京华号”盾构机只是国产盾构庞大矩阵中的一员。二十余年间，中国盾构完成了从全盘引进、模仿消化到自主领跑的蜕变。

它不仅是一台工程机械的缩影，更是新时代中国制造攻坚克难、自主创新的鲜活证明。

展品为微缩仿真模型，完整还原刀盘脸谱外观、主机、后配套台车结构

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“京华号”盾构机由铁建重工、中铁十四局联合研制，2020年在长沙下线，是国产首台16米级超大直径泥水平衡盾构机，开挖直径16.07米，整机长150米，重达4300吨。刀盘采用京剧红色脸谱涂装，极具辨识度。

在国产盾构庞大的装备谱系中，京华号并非直径最大的机型，却有着特殊的标杆地位。不同于多用于江河海底隧道的同类装备，京华号承担城市高速公路地下化改造，拓展了超大直径盾构的应用边界。它是我国首台服务北方超大城市核心区的16米级超大直径泥水平衡盾构，在北京复杂砂卵石地层中完成长距离掘进，以毫米级沉降控制穿越大量建构筑物与铁路线路，验证了国产成套装备在城市高风险工况下的硬核实力。

昂贵的外来设备：被警戒线隔开的时代

很多人站在京华号模型面前，会惊叹于这台机器宏大的体量，却很少有人了解，在上世纪 90 年代，我们根本造不出来属于自己的大盾构。

盾构机被叫做 “工程机械之王”，它把开挖、排渣、支护全部集成在一台设备上。原理通俗来讲，就是巨大刀盘旋转切削岩土，渣土通过泥浆或者螺旋机输送到后方，尾部拼装机把混凝土管片一块块拼成圆环，一边往前掘进，一边直接成型隧道。

道理看懂不难，但整机由上万个精密零部件组成，横跨机械、液压、电气、密封、材料等几十个学科，装配精度要达到丝级，一丝大约等于一根头发丝的六分之一，想要完整造出来门槛极高。

上世纪 90 年代，国内隧道工程所使用的盾构与硬岩掘进机几乎全部依靠进口，国内工程师只能做设备的外围操作，核心调试、维修被牢牢掌握在外方手里。1997 年，西康铁路秦岭隧道开工，这条全长 18.46 公里的铁路隧道，地质条件复杂，分布多条断裂带，如果使用传统爆破施工，工期长，塌方风险高。花费 3 亿多元，从德国采购两台二手硬岩掘进机TBM。

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西康铁路秦岭隧道修建的真实故事

德国工程师抵达秦岭隧道工地之后，会在掘进机核心操作区域拉起黄色警戒线，明确要求中方技术人员不能越过这条线。机器的操作界面全部是德文，没有中文资料，设备调试、故障排查全部由外方人员完成。中国工程师可以在远处看到刀盘转动、渣土排出，但是内部线路逻辑、参数设置，完全接触不到。

机器一旦出现故障，麻烦才刚刚开始。设备停机，隧道工程每一天都会产生巨额损耗。如果需要外国专家到场维修，专家从本国出发，飞行、时差、食宿全部计入服务费，早期报价达到每天上万美金。有一次现场发现外方提供的图纸存在错误，属于设计本身的疏漏，但是想要对方过来修正，依旧要支付高额服务费，还没有讨价还价的余地。

那个年代工程界普遍会遇到的现实困境：设备买回来了，但是主动权不在自己手上。设备坏了能不能修好、什么时候修好，很大程度要看外国厂商的排期。国内很多老工程师后来回忆，那段时间，进口盾构机到了工地，大家都要小心翼翼对待，业内私下调侃，买回来的机器就像请回来一位 “祖宗”。

也正是秦岭隧道这道有形的黄色警戒线，让国内科研与工程人员形成共识：隧道建设规模越来越大，靠持续花钱买设备、买服务，这条路走不通。核心技术不能依靠市场交换，必须自己把设备做出来。

当时国内没有完整图纸，没有成熟制造经验，甚至缺少足够多可参考的样机，国产化的起步，是从 “看懂别人的机器”开始的。

2001 年，盾构机关键技术研发被列入国家 863 高技术研究发展计划，2002 年多个攻关团队正式启动研究。国内分成多条技术路线同时推进，上海隧道股份聚焦城市软土地层土压盾构，中铁隧道集团组建起一支平均年龄很年轻的研发小组，大量技术人员泡在各个城市的地铁隧道工地，钻进黑漆漆的隧道内部，打着手电观察进口盾构运行状态，测量退役设备零部件尺寸，一点点整理记录参数，把现场遇到的地层问题、设备故障全部记录下来，作为后续研发的基础素材。

先行号：国产化从零到一的起步

先行号

• 下线时间：2004 年

• 地位：我国首台拥有自主知识产权的盾构机

2004 年，上海隧道股份研制出国内首台拥有完整自主知识产权的土压平衡盾构机 “先行号”。开挖直径 6.34 米，国产化率约 70%，2005 年正式投入上海地铁工程使用，结束国内地铁工程完全依赖进口盾构的局面。

“先行号”并不是一台性能全面碾压进口产品的机器。受限于当时国内配套产业链，部分液压、密封零部件依旧需要外购。它更大的意义，是完成从 0 到 1 的验证：证明国内团队可以完成整机设计、制造，并且可以在真实地铁工地稳定干活。它的售价只有进口同类设备的三分之二，在上海地铁施工期间，创下月掘进 566.4 米的当时国内纪录，后续陆续拿到全国多地地铁项目订单。

早期国产化道路，并不是下线一台样机就万事大吉。样机制造完成，仅仅走完第一步。盾构机好不好用，必须要放到真实复杂地层中去检验。同样一台机器，放到上海软土里面表现稳定，换到北方卵石地层，刀具磨损、渣土改良就会暴露出一堆新问题。很多技术迭代，都是依靠工地现场一次次试错积累而来。

2008 年，中铁装备第一台复合盾构 “中铁 1 号”下线，进一步补齐国内盾构整机独立研发制造能力。至此，国内已经拥有两支可以独立完成盾构整机研发制造的核心力量。

我国首台复合式土压平衡盾构机“中铁一号”下线

但在很长一段时间里，国产盾构大多集中在 6-8 米地铁常用直径，12 米以上大直径、超大直径盾构，还是国外厂商的主场。长江过江隧道、大型越江工程，采购的主力依旧是进口设备。

行业内部很清楚，小直径地铁盾构实现突破，不等于就能直接做超大直径盾构。盾构机的难度不是简单按比例放大。直径每往上增加一点，结构受力、水土压力、密封要求都会呈几何倍数上升。14 米以上的超大直径盾构，开挖断面超过 150 平方米，面对高水压、长距离掘进，对主轴承、刀盘耐磨、注浆控制系统提出完全不一样的要求。

那一段时间，国内一边制造中小型盾构，一边持续积累大直径工程经验。国内工程师在进口大盾构的工地上，观察设备的优缺点，记录不同地质下的故障现象，为后续国产大盾构埋下技术积累。

未完待续

从被技术封锁、受制于人的被动困境，到自主攻坚、多点突破的逆袭突围，国产盾构历经二十余年深耕，完成了从零到一、从弱到强的跨越，在山河城市的地下试炼中练就硬核实力，铸就了属于中国的重工底气。立足本土实现全面突围只是起点，走出国门、直面全球竞争，补齐技术短板、领跑行业未来，成为国产盾构新的使命与征程。

图片来源于

组编：中国科学技术协会

出版：中国科学技术出版社

出版时间：2023.11

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