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(gòu)機(jī)


2019年10月，在鐵建重工長沙第一產(chǎn)業(yè)園的生產(chǎn)車間內(nèi)，一臺有三四層樓高的盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)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(gòu)機(jī)，開挖直徑12.19米，整機(jī)長度80米，總重量2300噸，將成為印度境內(nèi)最大直徑的盾構(gòu)機(jī)，同時(shí)打破發(fā)達(dá)國家對海外大直徑盾構(gòu)市場的壟斷。


在驗(yàn)收過程中，印度客戶邀請的英國專家對這臺盾構(gòu)機(jī)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(jìn)機(jī)。”與此同時(shí)，另兩臺將服務(wù)于印度班加羅爾地鐵建設(shè)的設(shè)備也順利驗(yàn)收。


今年3月18日，那臺大直徑盾構(gòu)機(jī)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(jīng)上海港再海運(yùn)到孟買。然而4月30日，設(shè)備運(yùn)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(gè)月中印關(guān)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(gòu)機(jī)的100多個(gè)零件。


目前，印度施工單位計(jì)劃：請正在為孟買地鐵三號線提供安裝技術(shù)支持的中國工程師來幫忙。因?yàn)閮蓚€(gè)項(xiàng)目設(shè)備大體相似，主要的區(qū)別是尺寸。但是，即便盾構(gòu)機(jī)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(xiàng)目所使用的18個(gè)全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)中，有8個(gè)是中國企業(yè)制造的，而其它10個(gè)雖然來西方國家的公司，但也是在中國制造的。


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


1/ 掉隊(duì)百年


盾構(gòu)機(jī)是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進(jìn)機(jī)。在國內(nèi)，習(xí)慣將用于軟土層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)機(jī)，將用于巖石層的稱為TBM，即全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)。但在國際上則沒有明顯區(qū)分，統(tǒng)稱TBM。


在作用上，盾構(gòu)機(jī)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(jī)械之王”。


還有一個(gè)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(jìn)嘴里，通過龍肚子里面的各種消化器官，即螺旋傳送機(jī)輸送到皮帶傳送機(jī)，再通過渣土車運(yùn)往后方。


全球盾構(gòu)機(jī)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(dòng)一邊在木頭上鉆洞，同時(shí)從體內(nèi)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(gòu)掘進(jìn)隧道的原理，據(jù)此設(shè)計(jì)的“開放型手掘盾構(gòu)機(jī)”獲得英國專利。1825年，他研制出了矩形盾構(gòu)機(jī)，首次應(yīng)用于泰晤士河隧道工程。


泰晤士河隧道的建設(shè)并不順利，中間發(fā)生河水灌進(jìn)隧道及瓦斯爆炸等問題。在布魯諾爾歷時(shí)7年改進(jìn)盾構(gòu)機(jī)后，又經(jīng)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(gòu)和壓氣組合工法，為現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)奠定了基礎(chǔ)。此后，盾構(gòu)機(jī)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(jì)的一百年間，前50年是盾構(gòu)機(jī)及TBM在歐美日得以推廣普及，后50年是歐美日企業(yè)推動(dòng)盾構(gòu)技術(shù)自動(dòng)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(shí)，中國卻明顯掉隊(duì)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(gòu)及小混凝土預(yù)制塊修建疏水巷道，這是我國首條用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)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(gòu)機(jī)施工。


這距離西方首臺盾構(gòu)機(jī)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(jī)構(gòu)，曾在盾構(gòu)機(jī)研發(fā)上獲得一定突破。但受當(dāng)時(shí)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件及計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制限制，發(fā)展一直比較緩慢。到了九十年代，中國盾構(gòu)技術(shù)開始取得長足進(jìn)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(gòu)掘進(jìn)機(jī)。


此后，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，要修的鐵路及隧道等設(shè)施越來越多，對盾構(gòu)機(jī)的需求同步迅速增加。但無奈在“造不如買”思潮下，國內(nèi)設(shè)備幾乎全部依賴進(jìn)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(shè)備面臨許多問題：成本高昂，跨國溝通低效，甚至“技術(shù)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(jìn)兩臺德國硬巖掘進(jìn)機(jī)，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(shí)，對方提出的解決方案往往是高價(jià)錢更換部件。比如1999年，在廣州二號線施工中，一臺進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)沒有抓牢“管片”，后來對方提出300萬換修費(fèi)用。


這導(dǎo)致中國盾構(gòu)機(jī)事業(yè)陷入“冰與火”的狀態(tài)中，一方面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遍地開花，國內(nèi)對盾構(gòu)機(jī)的需求飆升至占全球60%以上。另一方面，在應(yīng)用上卻處處受制于人，甚至導(dǎo)致項(xiàng)目施工進(jìn)度受到極大影響。


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


3/ 強(qiáng)勢逆襲


新世紀(jì)初，錢偉長曾上書中央，建議“國家應(yīng)研制和使用中國盾構(gòu)，改變進(jìn)口盾構(gòu)一統(tǒng)天下的局面”。之后不久，“863”計(jì)劃首次立項(xiàng)開展盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究，正式拉開了國家層面自主研發(fā)盾構(gòu)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(gòu)機(jī)的機(jī)遇，落地合資模式招標(biāo)采購，美國羅賓斯公司中標(biāo)兩臺，與大連重工合作生產(chǎn);德國維爾特中一臺標(biāo)，與北方重工合作生產(chǎn)。


這兩項(xiàng)合作開啟了國內(nèi)盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)的先河。此后，我國又進(jìn)一步將盾構(gòu)機(jī)的研制納入“863”專項(xiàng)，列入十六項(xiàng)攻關(guān)項(xiàng)目之一。在國家設(shè)立專項(xiàng)基金等支持下，國內(nèi)多家企業(yè)開始入局產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造等。


但是，在之后較長一段時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)企業(yè)研制的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)水平不過關(guān)，采用自主創(chuàng)新、合作創(chuàng)新以及轉(zhuǎn)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(jìn)口的設(shè)備。


直到2009年，情況才出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。這時(shí)“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(gòu)機(jī)先后成功下線。有意思的是，他們都號稱自己的是“國產(chǎn)首臺盾構(gòu)機(jī)”，打破了國外壟斷。


實(shí)際上，真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(chǎn)首臺大直徑盾構(gòu)機(jī)在長沙下線。由于擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，這才打破了國外近一個(gè)世紀(jì)的盾構(gòu)技術(shù)壟斷。


僅僅十幾年，中國盾構(gòu)機(jī)高歌猛進(jìn)，產(chǎn)品迅速迭代、升級，已經(jīng)能夠生產(chǎn)適用各種地質(zhì)條件、各種項(xiàng)目需求的大型盾構(gòu)機(jī)。目前，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)每年出廠臺數(shù)、擁有量、盾構(gòu)隧道施工里程，都是世界第一。


此外，“三十年河?xùn)|三十年河西”，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)已占國內(nèi)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(lǐng)頭羊，但個(gè)個(gè)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(jìn)口設(shè)備，光盾構(gòu)機(jī)的投入一年就超50億元。但如今中國已經(jīng)打了個(gè)漂亮的翻身仗：國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)不僅返銷多個(gè)國家，而且已占全球2/3市場。


顯然，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)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(yán)重，當(dāng)?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(xiàng)目，但施工特別困難。因?yàn)橐矶粗挥?.5米的直徑，全世界那時(shí)都沒有量產(chǎn)那么小的掘進(jìn)設(shè)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(jìn)機(jī)，第二年就發(fā)貨運(yùn)往了黎巴嫩，應(yīng)用在供水項(xiàng)目中。


在中國設(shè)備助力下，項(xiàng)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(zhǔn)確抓住各國需求，是國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)成功的一大要素。


此外，中國的盾構(gòu)機(jī)性價(jià)比更高。比如過去中國花3億元從德國進(jìn)口一臺盾構(gòu)機(jī)，現(xiàn)在就以2億元的價(jià)格出口。由于國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)動(dòng)輒比國外便宜2000萬元以上，國際同類產(chǎn)品價(jià)格硬是被拉低了40%。


當(dāng)然中國盾構(gòu)機(jī)在技術(shù)和制造上也不馬虎，而且逐步實(shí)現(xiàn)了引領(lǐng)。世界首臺馬蹄形盾構(gòu)、世界最大矩形盾構(gòu)、全球首臺斜井雙模式TBM、全球首臺永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)機(jī)……這些領(lǐng)先技術(shù)都出自我國。


2018年3月，中交天和研制的“巨龍”超大直徑盾構(gòu)機(jī)順利下線，直徑達(dá)12.12米，后用于中國當(dāng)年在海外最大公路隧道項(xiàng)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(shè)備局面。


此外，2017年，中國盾構(gòu)機(jī)首次打入歐洲市場，出口俄羅斯時(shí)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(jì)數(shù)十個(gè)國家和地區(qū)的城市軌道、引水工程等基建項(xiàng)目。


5/ 結(jié)語


經(jīng)過十多年探索與開發(fā)，中國盾構(gòu)機(jī)已從任人宰割，到登頂世界前列?？梢栽O(shè)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(chǎn)盾構(gòu)機(jī)將為“基建狂魔”奠定新底色。


值得注意的是，即便國內(nèi)基本沒有了純進(jìn)口的盾構(gòu)機(jī)，但國內(nèi)一些盾構(gòu)機(jī)的核心部件主軸承、減速機(jī)尚未完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。因此，中國盾構(gòu)人還需要再接再厲、攻堅(jiān)克難，力爭所有關(guān)鍵部件都能“拿下”。


曾經(jīng)有一段時(shí)間，國內(nèi)“造不如買”現(xiàn)象盛行，盾構(gòu)機(jī)這樣的“大國重器”也不例外。幸運(yùn)的是，中國人在盾構(gòu)機(jī)上及時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)船頭，而且推動(dòng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展。這也讓我國如今少了一個(gè)被“卡脖子”的領(lǐng)域。