來源：制造界網(wǎng)


來源/科工力量(ID：guanchacaijing)


作者/陳辰


題圖/鐵建重工出口印度的盾構機


2019年10月，在鐵建重工長沙第一產業(yè)園的生產車間內，一臺有三四層樓高的盾構機已經組裝完成，前端刀盤往日的“鐵建紅”不見蹤影，取而代之的是橙、白、綠三種顏色，正好是印度國旗的配色(見題圖)。


這是專門為孟買沿海公路隧道施工量身訂制的盾構機，開挖直徑12.19米，整機長度80米，總重量2300噸，將成為印度境內最大直徑的盾構機，同時打破發(fā)達國家對海外大直徑盾構市場的壟斷。


在驗收過程中，印度客戶邀請的英國專家對這臺盾構機不由得豎起了大拇指。他說：“太棒了，這是我見過最好的隧道掘進機。”與此同時，另兩臺將服務于印度班加羅爾地鐵建設的設備也順利驗收。


今年3月18日，那臺大直徑盾構機的盾體被拆卸包裝成八塊，刀盤分割成五塊，陸續(xù)裝車發(fā)出，途經上海港再海運到孟買。然而4月30日，設備運抵孟買的隧道施工地后，就一直處于閑置狀態(tài)。這是為什么?除了新冠疫情影響，主要是在最近幾個月中印關系迅速惡化的沖擊下，印度的施工單位一直拿不到允許中國工程師來工作的官方許可，而本地工程師又不會組裝盾構機的100多個零件。


目前，印度施工單位計劃：請正在為孟買地鐵三號線提供安裝技術支持的中國工程師來幫忙。因為兩個項目設備大體相似，主要的區(qū)別是尺寸。但是，即便盾構機組裝好，也仍需要原工程師來測試。


有趣的是，孟買地鐵三號線的情況也不容“樂觀”。項目所使用的18個全斷面硬巖隧道掘進機(TBM)中，有8個是中國企業(yè)制造的，而其它10個雖然來西方國家的公司，但也是在中國制造的。


印度基建項目對中國重工機械的依賴可見一斑。所以，當?shù)啬切┤氯乱种浦袊浀难孕?，只會損害他們的許多項目進展。然而，不容忽視的是，中國盾構機拿下印度背后，也曾艱難和心酸追趕。


1/ 掉隊百年


盾構機是一種使用盾構法的隧道掘進機。在國內，習慣將用于軟土層的隧道掘進機稱為盾構機，將用于巖石層的稱為TBM，即全斷面硬巖隧道掘進機。但在國際上則沒有明顯區(qū)分，統(tǒng)稱TBM。


在作用上，盾構機和TBM能開山辟路、穿越河海，主要用于鐵路、公路、地鐵和水利等基建工程的隧道環(huán)節(jié)。因此，有人叫它“鋼鐵穿山甲”，有人叫它“水下航母”，也有人叫它“世界工程機械之王”。


還有一個形象比喻是“地下蛟龍”：這條龍的嘴是最前端的切削刀盤，可以把地下的泥沙石頭吃進嘴里，通過龍肚子里面的各種消化器官，即螺旋傳送機輸送到皮帶傳送機，再通過渣土車運往后方。


全球盾構機的發(fā)展，可以追溯到約兩百年前。1818年，法國工程師布魯諾爾無意中看到了一條鑿船蟲。它一邊蠕動一邊在木頭上鉆洞，同時從體內分泌的一種黏液能加固洞穴，還能抵抗木板的潮濕。這次意外的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了布魯諾爾的靈感。于是，他提出了盾構掘進隧道的原理，據(jù)此設計的“開放型手掘盾構機”獲得英國專利。1825年，他研制出了矩形盾構機，首次應用于泰晤士河隧道工程。


泰晤士河隧道的建設并不順利，中間發(fā)生河水灌進隧道及瓦斯爆炸等問題。在布魯諾爾歷時7年改進盾構機后，又經過多年精心施工，隧道終于在1843年建成，成為世界工程史一座重要的里程碑。


1887年，工程師格雷特在南倫敦鐵路隧道施工中，成功使用了圓形盾構和壓氣組合工法，為現(xiàn)代盾構機奠定了基礎。此后，盾構機相繼傳入美歐、日本、前蘇聯(lián)及我國等等，并得到不同程度發(fā)展。


在20世紀的一百年間，前50年是盾構機及TBM在歐美日得以推廣普及，后50年是歐美日企業(yè)推動盾構技術自動化、多樣化和大直徑化等升級，并統(tǒng)治了全球市場。而與此同時，中國卻明顯掉隊了。


2/ 幡然醒悟


建國初期，東北阜新煤礦用直徑2.6m的手掘式盾構及小混凝土預制塊修建疏水巷道，這是我國首條用盾構掘進機施工的隧道。此外，1957年，北京市下水道工程首次采用了兩臺自研盾構機施工。


這距離西方首臺盾構機已落后一百多年。六七十年代，北京、上海、杭州等城市的研究機構，曾在盾構機研發(fā)上獲得一定突破。但受當時技術、經濟條件及計劃經濟體制限制，發(fā)展一直比較緩慢。到了九十年代，中國盾構技術開始取得長足進步，其中以上海尤為明顯。比如1990年，上海地鐵1號線工程全線開工，18km區(qū)間隧道采用了7臺中法聯(lián)合制造的φ6.34m土壓平衡盾構掘進機。


此后，隨著國內經濟快速發(fā)展，要修的鐵路及隧道等設施越來越多，對盾構機的需求同步迅速增加。但無奈在“造不如買”思潮下，國內設備幾乎全部依賴進口，使得德日三國美企業(yè)占據(jù)90%以上市場。


但是，高度依賴國外設備面臨許多問題：成本高昂，跨國溝通低效，甚至“技術專家要人家配，檢修還拉警戒線”。比如1997年，原鐵道部耗資7億才引進兩臺德國硬巖掘進機，用于西康鐵路秦嶺隧道。另外，中方施工人員在出故障求助于國外廠家時，對方提出的解決方案往往是高價錢更換部件。比如1999年，在廣州二號線施工中，一臺進口盾構機沒有抓牢“管片”，后來對方提出300萬換修費用。


這導致中國盾構機事業(yè)陷入“冰與火”的狀態(tài)中，一方面基礎設施建設遍地開花，國內對盾構機的需求飆升至占全球60%以上。另一方面，在應用上卻處處受制于人，甚至導致項目施工進度受到極大影響。


這一切，都刺激著中國盾構人的自尊心及昂揚斗志。全部花錢從國外進口，靠它們支撐中國基建產業(yè)?這非常不現(xiàn)實，只會繼續(xù)挨打受氣。因此，自主研發(fā)生產盾構，成為擺在中國面前的唯一出路。


3/ 強勢逆襲


新世紀初，錢偉長曾上書中央，建議“國家應研制和使用中國盾構，改變進口盾構一統(tǒng)天下的局面”。之后不久，“863”計劃首次立項開展盾構關鍵技術研究，正式拉開了國家層面自主研發(fā)盾構的序幕。


2003年，水利部利用遼寧省大伙房輸水渠道施工急需采購三臺盾構機的機遇，落地合資模式招標采購，美國羅賓斯公司中標兩臺，與大連重工合作生產;德國維爾特中一臺標，與北方重工合作生產。


這兩項合作開啟了國內盾構機生產的先河。此后，我國又進一步將盾構機的研制納入“863”專項，列入十六項攻關項目之一。在國家設立專項基金等支持下，國內多家企業(yè)開始入局產品設計、制造等。


但是，在之后較長一段時間內，國內企業(yè)研制的盾構機技術水平不過關，采用自主創(chuàng)新、合作創(chuàng)新以及轉型創(chuàng)新等模式的企業(yè)都沒有打開局面。因此，鐵路、地鐵等隧道挖掘還只能依賴進口的設備。


直到2009年，情況才出現(xiàn)逆轉。這時“基建狂魔”本性集中迸發(fā)，中國鐵建、中國中鐵、上海隧道制造的盾構機先后成功下線。有意思的是，他們都號稱自己的是“國產首臺盾構機”，打破了國外壟斷。


實際上，真正的轉折點發(fā)生在2015年。這一年，中鐵建工和中鐵十六局合作研發(fā)的國產首臺大直徑盾構機在長沙下線。由于擁有完全的自主知識產權，這才打破了國外近一個世紀的盾構技術壟斷。


僅僅十幾年，中國盾構機高歌猛進，產品迅速迭代、升級，已經能夠生產適用各種地質條件、各種項目需求的大型盾構機。目前，國產盾構機每年出廠臺數(shù)、擁有量、盾構隧道施工里程，都是世界第一。


此外，“三十年河東三十年河西”，國產盾構機已占國內90%市場份額。其中有六大王牌軍：鐵建重工、中鐵裝備、中交天和、上海隧道、三三工業(yè)、北方重工。前二者是領頭羊，但個個創(chuàng)新能力爆表。


4/ 返銷海外


誰都可能沒有想到2001年，中國中鐵95%基建開發(fā)都是進口設備，光盾構機的投入一年就超50億元。但如今中國已經打了個漂亮的翻身仗：國產盾構機不僅返銷多個國家，而且已占全球2/3市場。


顯然，國產盾構機在崛起過程中，也盯住了海外市場。比如黎巴嫩缺水問題曾特別嚴重，當?shù)鼐用窬S持生活依靠昂貴的桶裝水。2014年，黎巴嫩宣布了工期數(shù)年的大貝魯特供水項目，但施工特別困難。因為引水隧洞只有3.5米的直徑，全世界那時都沒有量產那么小的掘進設備。對此，2015年，中國中鐵成功研制全球最小直徑的巖石隧道掘進機，第二年就發(fā)貨運往了黎巴嫩，應用在供水項目中。


在中國設備助力下，項目中距離最長施工難度最大的2號隧道已于2018年3月貫通，去年投入使用后，約160萬人口的用水問題將得到很好解決。準確抓住各國需求，是國產盾構機成功的一大要素。


此外，中國的盾構機性價比更高。比如過去中國花3億元從德國進口一臺盾構機，現(xiàn)在就以2億元的價格出口。由于國產盾構機動輒比國外便宜2000萬元以上，國際同類產品價格硬是被拉低了40%。


當然中國盾構機在技術和制造上也不馬虎，而且逐步實現(xiàn)了引領。世界首臺馬蹄形盾構、世界最大矩形盾構、全球首臺斜井雙模式TBM、全球首臺永磁電機驅動盾構機……這些領先技術都出自我國。


2018年3月，中交天和研制的“巨龍”超大直徑盾構機順利下線，直徑達12.12米，后用于中國當年在海外最大公路隧道項目——孟加拉國卡納普里河底隧道工程，首次打破歐美壟斷海外高端設備局面。


此外，2017年，中國盾構機首次打入歐洲市場，出口俄羅斯時一“去”就是五臺。緊接著是土耳其、丹麥、意大利、法國、澳大利亞、印度等等，總計數(shù)十個國家和地區(qū)的城市軌道、引水工程等基建項目。


5/ 結語


經過十多年探索與開發(fā)，中國盾構機已從任人宰割，到登頂世界前列?？梢栽O想在未來的超級工程，比如川藏鐵路或者海峽隧道，必將需要專門定制的超級裝備。國產盾構機將為“基建狂魔”奠定新底色。


值得注意的是，即便國內基本沒有了純進口的盾構機，但國內一些盾構機的核心部件主軸承、減速機尚未完全實現(xiàn)國產化。因此，中國盾構人還需要再接再厲、攻堅克難，力爭所有關鍵部件都能“拿下”。


曾經有一段時間，國內“造不如買”現(xiàn)象盛行，盾構機這樣的“大國重器”也不例外。幸運的是，中國人在盾構機上及時調轉船頭，而且推動實現(xiàn)了產業(yè)的順利發(fā)展。這也讓我國如今少了一個被“卡脖子”的領域。