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 （下）

地下练兵场：在不同地质中迭代成长

2010 年之后，国内城市过江通道、大型水利、山岭铁路项目集中上马，市场倒逼国产盾构向更大直径、更多工况拓展。一批批国产大盾构陆续下线，奔赴截然不同的施工现场。

天和号

• 下线时间：2011 年

• 地位：我国首台自主知识产权超大直径盾构机

振兴号

• 下线时间：2019 年

• 地位：国内首台核心部件全面国产化的超大直径智能盾构

长江是国内检验泥水盾构能力最好的试验场。江底水压高，地层夹杂砂卵石，一旦控制不好，容易出现渗漏、刀具快速磨损。中交天和研制的 “天和号”投入南京定淮门长江隧道，实现长距离掘进不换刀；后续 “振兴号”落地南京和燕路长江隧道，重点攻克高水压条件下隧道渗漏难题，实现十万余平方米隧道内壁 “滴水不漏”，解决行业长期头疼的渗漏痛点。。

江阴靖江长江隧道的 “聚力一号”，开挖直径 16.09 米，完成江底精准对接，水平偏差 0 毫米，垂直偏差仅 2 毫米，远优于设计允许偏差 100 毫米，实现行业所称 “江底穿针”。

上述说到的盾构机，面对的是长江深处高水压，和一开始聊到的“京华号”面临的城市密集建筑群工况，完全是两个技术方向。

如果说长江隧道考验机器扛水压的本事，高铁隧道则考验长距离连续掘进能力。“领航号”开挖直径 15.4 米，服务沪渝蓉高铁崇太长江隧道，要在长江底下完成 11.325 公里独头掘进，最大埋深 89 米，水土压力巨大，这套设备重点打磨长距离稳定掘进、智能感知系统，实现有人值守、无人操作的作业模式。而 “深江 1 号”奔赴珠江口，刀盘做醒狮涂装，要面对海底断裂带，最大埋深 116 米，挑战国内最深高铁海底隧道工况。

领航号

• 下线时间：2024 年

• 地位：世界最大直径高铁盾构机，全球首台 “四超” 高铁盾构装备

彩云号

• 下线时间：2017 年

• 地位：当时国内最大直径自主硬岩掘进机，填补国内 9 米级大直径 TBM 空白

除了在江河之下，还有一类掘进机专门用来打通大山，也就是硬岩掘进机 TBM。云南大瑞铁路高黎贡山隧道，地质条件极为恶劣，岩石极硬，同时伴随高地热、大变形风险，国产 “彩云号”TBM 在这里施工，啃下坚硬山体，打通滇西铁路的关键通道。

每一台盾构机，都不是简单复制上一台图纸。项目地质变了，刀盘开口率、刀具选型、渣土处理系统就要跟着重新调整。没有万能的盾构机，只有适配地质的盾构机。

很多人容易形成一个认知：机器研制下线，就意味着工程难题全部解决。现实工程里，经常会遇到计划之外的麻烦。刀具非正常磨损、渣土改良达不到预期、地层突然变化，这些问题都需要研发、施工人员在现场一边掘进一边调整参数，一点点试，一点点改。

京华号工地：在城市核心区的地下试炼

“京华号”面对的不是大江大河，而是北京城市副中心的城区地下。东六环改造工程，要把地面高速公路转入地下，盾构隧道全长 7.4 公里，隧道上方是城市建成区，楼房、管线、铁路、地铁密布，地面不能出现明显沉降，不能干扰地面交通正常运行，这是它最特殊的考题。

地下是北京典型富水砂卵石地层，土质密实，透水性强。整条掘进线路一共要穿越 55 处风险源，其中两个特级风险源，是整个项目最大的难关。第一个是京哈铁路，这条干线每天通行 88 对客货列车，重载货车频繁通行，隧道从铁路下方穿过，一点点地层扰动，都有可能影响轨道安全。第二个风险源是城市副中心综合交通枢纽，盾构机盾壳距离枢纽抗拔桩基最小净距只有 3 米，地下水位高，水土压力大，属于国内城市盾构施工里难度很高的工况。

设备在长沙工厂制造阶段，就有技术人员驻场监造，逐一熟悉整机的每一套系统。设备下井始发后，现场班组实行 24 小时轮班值守，紧盯掘进全过程。这台 4300 吨的巨型装备每向前推进一厘米，都要同步研判压力、注浆、沉降监测等上千组监测数据，不允许出现明显偏差。

面对大直径盾构管片上浮、地层沉降的难题，项目团队研发国内首创的超大直径盾构同步双液注浆技术。两种浆液在盾尾后方混合，十几秒就凝固，快速填充管片外围的空隙，把管片牢牢固定住，经过专家组评审认定，填补国内这项工艺空白。即便如此，掘进过程依旧不能掉以轻心，团队定下连续施工、稳速通过的原则，把建筑物沉降控制在 2-3 毫米之内。

7.4 公里隧道，京华号整整掘进两年多时间，2023 年 6 月西线隧道贯通。它创造当时国内 16 米级盾构单月掘进 542 米的纪录，但这个数字不是为了追求速度，是在严格控制沉降前提下取得的工程成果。

补充阅读

京华号醒目的红色京剧脸谱刀盘，是这台大国重器最广为人知的视觉标签。将传统京剧脸谱纹样融入盾构机刀盘，把北京本土文化符号和重型工程机械结合，冰冷的钢铁装备由此拥有了浓厚的地域辨识度，也让硬核工程装备更容易被大众看见、记住。

京华号模型

图片来源：《科技文物里的中国》

扬帆出海：国产盾构的海外考验

国产盾构走向海外市场，并不顺利。

2012 年，马来西亚建设地铁项目，最开始当地业主完全不考虑中国设备。在他们认知里，盾构机的高端市场，应该属于欧洲品牌。国内企业没有急于推销产品，而是邀请马来西亚业主到国内工地实地走访，亲眼看国产盾构在国内城市地铁隧道真实运行状态。看到实际工程效果之后，业主才改变原有看法，签下第一单出口订单，这台盾构投入马来西亚项目，帮助隧道贯通比计划提前 43 天，就此打开口碑。

之后国产盾构陆续走向更多国家。铁建重工针对俄罗斯寒冷气候，专门研制耐低温盾构，应对零下二三十摄氏度环境下设备防冻难题；中铁装备出口澳大利亚的 15.7 米超大直径盾构，是目前我国出口海外直径最大的盾构设备，用于海外港湾工程建设。截至目前，国产盾构产销量连续多年位居世界第一，产品已经出口四十多个国家和地区，产销量的全球市场份额接近七成，国内市场占有率超过 95%。

走向世界，也能清晰地看到差距。发达国家的产业，会对设备的零部件、可靠性、长期寿命提出更苛刻的标准。很多海外项目投标，依旧会要求部分关键部件满足国际品牌的选型清单，这也反过来提醒国内行业，整机做出来不等于全部零部件全部实现顶尖水平。

出口各国的国产盾构机

图片来源：《走近科技自立自强》

客观看待：不能回避的技术差距

如果仅看产业成果，很容易把国产盾构的发展简化成一路突破的故事，但行业从业者心里清楚，我们还有绕不开的现实短板。

整机集成国产化率已经超过 90%，但是细分关键零部件依旧存在差距。盾构机的心脏主轴承，国内已经可以实现 6-8 米级别主轴承国产化，但是 12 米以上超大直径主轴承，部分项目依旧会选用进口产品；国产主轴承在超长工况下的使用寿命，和国际顶尖产品相比，仍存在一定差距。大功率液压泵马达、部分高端 PLC 控制器，高端项目还会依赖进口供应链。

盾构机的难点，不只是造出机器，更在于机器在复杂地层下长时间稳定工作。很多设备在国内标准工况下表现很好，遇到极硬岩石、超高水压、高原高寒叠加破碎地层，设备磨损、密封失效等问题依旧会频繁出现。智能化监测传感器，很多已经实现国产化，但是依靠设备自主判断地质变化、自动调整全套掘进参数的成熟系统，还处在持续迭代阶段，大量工况依旧高度依赖现场工程师的经验判断。

同时行业也出现新的问题，国内盾构产能很大，部分中小型盾构出现产能过剩，市场价格竞争激烈。而高原、高海拔特殊硬岩 TBM 等特殊定制机型，供给依旧不足。国产盾构已经做到 “量大面广”，但在部分极端工况的长期可靠性上，还需要更多工程样本积累数据。

结语

今天我们修建地铁、过江隧道、穿山铁路，地下工程里绝大多数盾构都是中国制造。但技术追赶的过程并没有到此结束。盾构机还会向着更大直径、更深海底、更高海拔、更复杂地质继续掘进。地下每向前掘进一米，也是制造业向着更高水平再往前走一步。

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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