季海

盾構(gòu)隧道掘進機是挖掘隧道專用的工程機械，簡稱“盾構(gòu)機”，至今已有近200年的歷史。

由來

18世紀(jì)末，法國工程師布魯諾爾發(fā)現(xiàn)一種叫“船蛆”的軟體動物，寄生在木船上，以木料為食。

它看起來像蠕蟲，實際上卻是一種蛤，一端有兩片薄而小的貝殼，另一端有兩根管子。當(dāng)它鉆進木頭里時，管子便伸出孔外，一根用來攝食和呼吸，一根用來排泄廢物。同時，它會分泌一種液體，在孔壁上形成保護殼。

布魯諾爾從中獲得靈感，發(fā)明了一種挖掘隧道的設(shè)備。它能一邊挖土，一邊安裝支撐防護設(shè)備。這就是最初的盾構(gòu)機。

1825年，布魯諾爾發(fā)明的矩形盾構(gòu)機應(yīng)用于倫敦泰晤士河隧道工程，但過程并不順利。經(jīng)過漫長的改良調(diào)整后，新的盾構(gòu)機在1835年投入使用，又經(jīng)過數(shù)年施工，泰晤士河水底隧道終于在1843年建成。

盡管這種盾構(gòu)機意義非凡，但仍沒有擺脫手掘的束縛。人們把這種盾構(gòu)機稱為“第一代盾構(gòu)機”。

后來，盾構(gòu)機采用壓縮空氣的方式，用機械開挖代替了人工開挖。人們把這種機械式和氣壓式盾構(gòu)機稱為“第二代盾構(gòu)機”。

第三代盾構(gòu)機則包括泥水平衡式盾構(gòu)機和土壓平衡式盾構(gòu)機。泥水平衡式盾構(gòu)機將棄土以泥水的形式排出，土壓平衡式盾構(gòu)機則將棄土從出泥艙排出。

第四代盾構(gòu)機以大直徑、大推力、大扭矩以及高智能化和多樣化為主要特色，在當(dāng)代隧道建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。

經(jīng)過兩個世紀(jì)的發(fā)展，如今的盾構(gòu)機已經(jīng)變?yōu)榧喾N高科技于一體的尖端設(shè)備，廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路等隧道工程，有“鉆地龍”的美譽。

原理

現(xiàn)代盾構(gòu)機全身包裹著金屬殼體，非常堅固，可以抵抗地層的坍塌和擠壓。它的前部有個大刀盤，像一把巨型電動剃須刀。刀盤每轉(zhuǎn)一圈，就能切削很多泥土，即便是堅硬的巖石也不在話下。刀盤后方是一個收集渣土和碎石的土艙，連接著螺旋輸送機和傳輸皮帶，可以將泥土不斷運送到后方的拖車中，再傳送到地面，工作效率很高。

崛起

20世紀(jì)90年代，中國還無法生產(chǎn)盾構(gòu)機，只能從發(fā)達國家進口。進入21世紀(jì)后，中國雖然仿制了一些盾構(gòu)機，但限于技術(shù)落后無法推廣應(yīng)用。隧道工地上的盾構(gòu)機，大多來自德國和日本。

進口盾構(gòu)機不僅價格昂貴，售后服務(wù)和維修也都不方便：外國工程師在維修時，不允許中國技術(shù)人員在旁觀看，理由是保護知識產(chǎn)權(quán)。因此，如果不能改變這種局面，盾構(gòu)機的“話語權(quán)”會一直掌握在他人手里，中國在未來將十分被動。

從2002年開始，中國致力于制造最好的盾構(gòu)機。中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部將盾構(gòu)技術(shù)研究列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃，決心實現(xiàn)中國盾構(gòu)技術(shù)的歷史性突破。

2004年，第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“先行者”地鐵盾構(gòu)機推出。

2006年，擁有33項技術(shù)專利的“先行者2號”盾構(gòu)機正式下線，首次實現(xiàn)中國地鐵盾構(gòu)機的批量生產(chǎn)。

2008年，中國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機——“中國中鐵1號”下線，一舉打破了德日美三國在盾構(gòu)機方面對中國的技術(shù)壟斷和封鎖。

2009年，大直徑泥水平衡盾構(gòu)機“進越號”誕生，中國具備了大直徑泥水盾構(gòu)機的自主設(shè)計和制造能力，成功邁入盾構(gòu)機大國行列。

2010年，中國首臺自主研制的土壓平衡盾構(gòu)機“開路先鋒19號”橫空出世，零部件國產(chǎn)化率達到87%。從此，進口盾構(gòu)機在國內(nèi)的市場份額大幅下降，價格不斷跳水。

超越

2017年10月26日，直徑達15.03米的泥水平衡盾構(gòu)機下線。它的誕生，成功打破了國外品牌多年一統(tǒng)全球超大直徑盾構(gòu)機的局面。2018年9月29日，直徑達15.80米的泥水平衡盾構(gòu)機下線，標(biāo)志著中國盾構(gòu)機的設(shè)計制造邁向高端化，進一步加快了中國在地下空間開發(fā)工程裝備領(lǐng)域由制造大國邁向制造強國的步伐。

如今，中國已全面掌握盾構(gòu)機的核心制造技術(shù)，并推動了掘進機器人的研發(fā)朝智能化方向邁進。中國的盾構(gòu)機不僅在國內(nèi)市場占有率達到90%，還出口到21個國家和地區(qū)，在全球市場占據(jù)了2/3以上的份額。雖然仍然有很多技術(shù)難題等待攻克，但只要我們堅守初心，百尺竿頭，更進一步，未來的中國盾構(gòu)機將會迎來更大的輝煌！