编者按：国产隧道掘进机掘进速度和性能表现优异，作为大国重器近年来在装备制造领域异军突起，不仅在国内得以广泛运用，还大量输出国门，参与世界重大地下工程建设。本文是国家重点基础研究发展计划（“973”计划）首席科学家、中国工程机械工业协会副会长、中国中铁高级专家、中铁工业旗下中铁装备重大专项研究院院长李建斌所作的专题科普阐释，重点回答了“中国盾构是怎样‘炼’成的”等社会关注问题。
　　近年来，中铁工业始终牢记习近平总书记“三个转变”嘱托，坚持胸怀“国之大者”，持续加大技术攻关，推动我国隧道掘进机产业从无到有，从有到优，映射着我国由制造大国迈向制造强国的不凡历程，也成为我国制造工业逆势而起的缩影。
　　截至目前，中铁装备隧道掘进机产销量连续五年世界第一，连续十年中国第一，安全掘进里程3600多公里，产品遍布国内各地，并远销法国、意大利、澳大利亚、新加坡等30多个国家和地区。以中铁装备为代表的国产隧道掘进机在国内新增市场占有率达到了95%以上，并占据了全球三分之二的市场份额。
 
　　坚持自主创新，发展中国隧道掘进机事业
　　2001年，中国中铁开始自主研制盾构机，拉开了我国自主发展隧道掘进机的序幕。2006年，盾构机关键核心技术攻关方面取得突破，研制出具有自主知识产权的盾构控制系统模拟检测试验平台并投入使用。2008年，中铁装备研制的国产首台复合式土压平衡盾构机“中国中铁1号”下线，盾构机开始实现国产化。2011年，中铁装备从河南新乡迁至郑州，打造了当时国内最大的隧道掘进机研发制造基地，开启了国产隧道掘进机产业化进程。2017年，我国自主研制的隧道掘进机产销量攀升至全球第一。
　　20世纪90年代，我国一些重点项目引进了隧道掘进机，虽然挖掘效率得到了提升，但定价无话语权、服务不到位、技术被封锁，受制于人的问题十分突出。当时正是我国基建大开发的年代，大量基础设施的建设对隧道掘进机的需求占到了全球60％以上。使用进口隧道掘进机同时还有泄露国家地理信息的风险，用于国防工程建设更是危险。自主研制隧道掘进机成为摆在中国人面前的唯一出路。从习近平总书记2014年5月10日考察中铁装备提出“三个转变”重要指示，到2019年3月8日全国“两会”期间全国人大代表、中铁装备副总经理王杜娟向习近平总书记面对面汇报，再到2021年7月习近平总书记在西藏考察期间检阅“雪域先锋号”TBM模型，习近平总书记的关心、指导，鼓励着我们在振兴中国隧道掘进机事业的道路上行稳致远。
　　隧道掘进机是集机、电、液、气、传感于一体的大型自动化掘进设备，零部件超过3万个，一个控制系统就有2000多个控制点，号称“工程机械之王”。当年，不少工程人都没有见过隧道掘进机，更不要说研制了。为了破解这些技术难题，技术人员购买了大量专业书籍，查阅翻译了大量资料。大家到处找隧道掘进机施工项目，将工程现场作为科研试验场，一根根管子排查，一个个元器件核对，比较参数、核实数据、查阅资料，常常奋战到凌晨两三点。也就是在这些隧道里，在那一段艰苦的岁月里，中铁装备积累了丰富的技术资料，掌握了隧道掘进机的关键技术，为后来的成功打下了坚实基础。
　　2008年，中铁装备研制出国内第一台拥有自主知识产权的国产盾构机，一举打破“洋盾构”的垄断局面。此后，中铁装备研制出了世界最大矩形盾构机、世界最大直径硬岩掘进机、世界首台马蹄形盾构机、世界首台穿越砂卵石地层的矩形顶管和国内首台硬岩盾构机、直径8米级国内首台TBM、国内首批双护盾TBM、国内首台15米级超大直径泥水平衡盾构机等。如今，国产隧道掘进机出口到世界几十个国家，并反向出口到欧洲等发达地区。
　　我国隧道掘进机事业的发展注重发挥政府的引导作用，以企业为主体，联合科研院所等有关方面，开展协同攻关创新，不断取得突破。国家科技部、财政部、海关总署、国家税务总局等国家部委，对隧道掘进机技术的引进与创新，给予了大力支持与帮助。2002年至2007年，中铁装备相继承担了“6.3米全断面隧道掘进机研究设计”等5项国家“863”计划项目，并成为行业内唯一承担国家重点基础研究发展计划（“973”计划）的企业。2008年4月26日，由中铁装备牵头，浙江大学等高校参与研制的“中国中铁1号”盾构机下线。在国家支持下，以中铁装备为代表的多个国有企业攻关团队和浙江大学、华中科技大学、天津大学等高校和科研院所，深化交流协作，通过自主研制及国产化选型研究，盾构机/TBM主轴承、减速机等一批关键部件、元器件实现全面替代或部分替代进口件；突破大排量泵、主驱动密封、可编程控制器PLC等多项“卡脖子”关键核心技术，完成41套样品样件的施工现场搭载应用，提升了产业链、供应链自主可控能力，实现隧道掘进机国产化率90%以上。 

　　勇攀技术高峰，打造世界一流隧道掘进机
　　中铁装备瞄准隧道掘进机关键核心基础部件“卡脖子”技术难题，积极承担国家重点研发计划项目；集聚各类专业研发人才，成立重大专项研究院，构建基础部件“概念方案+功能设计+产品实现+产品测试”的开发模式，建立结构化、标准化技术开发流程和评审机制，形成了一套项目管理体系和基础研究模式。
　　中铁装备聚焦隧道掘进技术与装备行业的卡脖子技术、基础共性技术、应用关键技术与先进建造工法等四大技术领域，建立“智能技术”“新型开挖技术”等六大研发平台，构建完善“重点支撑、多点突破”的技术创新布局，加强智能化技术、新材料技术、轻量化技术、流体科学与技术等基础研究和应用基础研究，形成自主可控的技术产品体系，掌握16项国际领先技术，打造了中国隧道掘进机原创技术策源地。积极布局第四代半、第五代掘进机技术，开展激光、水射流等新型破岩技术、换刀机器人和无人值守智能掘进技术的储备研究，成功研制国内首台高压水力耦合破岩TBM“龙岩号”和世界首台10米级以下盾构用换刀机器人。
　　一项项关键性技术的突破，让我国的隧道掘进机技术实现从“跟跑”到“引领”的跃变。如今，中铁工业横向形成“大”“小”“异”不同断面以及不同适应性的全系列隧道掘进机产品，基本实现地铁、铁路、公路、水利、矿山、市政等各应用领域“全覆盖”，纵向拓展集设计研发、新机制造、旧机再制造、技术服务、工程服务等于一身的产业链条。
　　以马蹄形、矩形断面为代表的异形盾构为首创产品，中铁工业成功研制出世界首台马蹄形盾构机“蒙华号”，并荣获国际隧道界最高奖项——“国际隧道协会2018年度技术创新项目奖”。“彩云号”TBM入选2017年度央企十大“国之重器”；超大直径（15.8米）泥水平衡盾构机“春风号”入选2018年度央企十大“创新工程”；世界首台矿用小转弯TBM“贵能一号”，进一步提升煤矿巷道掘进的机械化、智能化水平；国产首台高原高寒大直径TBM“雪域先锋号”，创新突破硬岩掘进机双结构设计；应用于格鲁吉亚Kversheti-Kobi公路项目的世界最大直径（15.08米）硬岩掘进机“中铁859号”创造了日进尺16米的好成绩。
　　2021年，中铁装备攻克了千米竖井掘进的世界难题，首次实现了“打井不下井，智能掘进”；针对高原高寒极端环境施工研制的世界首台双结构硬岩掘进机，在高海拔隧道建设中发挥重要作用。中铁装备研制的“雪域先锋号”和“忠诚担当号”TBM实现了两台设备当年中标、当年出厂、当年始发，创下世界纪录。 

　　坚持发展理念，在破解难题中强化领先地位
　　经过这些年迅速发展，我国隧道掘进机技术已经取得长足进步，仅中铁装备一家企业出口到海外的隧道掘进机就有80台左右，用20年的时间几乎走完了西方国家200年走过的路程。
　　如今我国的土压平衡盾构机技术和发达国家难分伯仲，甚至功能更强。“春风号”“中铁306号”“大湾区号”“之江号”等超大直径泥水平衡盾构机和国外设备相比没有差距甚至业绩更优。“海宏号”（12.26米）泥水平衡盾构机集合了多项领先技术，在溶岩强烈发育、环境极度敏感的跨海区域作业，成功解决了多项“世界级难题”。硬岩掘进机（TBM）方面，目前全世界直径最大的是中铁装备研制的直径15.08米“高加索号”（中铁859号）TBM在施工应用中有很好的表现。
　　中铁装备将坚持新发展理念，坚持自主创新道路，加强基础新技术研究和突破性技术研究，重点在智能化、数字化、新型破岩方式、关键部件国产化上等方面取得较大突破和进展，加强产品全生命周期管理，积极开发提高隧道掘进机使用寿命的新材料、新工艺，提供质量更加可靠，安全性水平更好、掘进速度更快、性价比更高的隧道掘进机。
　　从跟跑、到并跑、再到领跑，从学习、到竞争、再到引领，中铁装备将拿出“舍我其谁”的责任与担当，不断将世界隧道掘进机技术推向更高水平，为便利人们生活，增进人民福祉，不断作出更大贡献。李建斌