▲世界首台大倾角下坡掘进矿用TBM“淮盾号”
　　编者按  5月8日，《人民日报海外版》刊发了中铁工业旗下中铁装备掘进机研究院总工程师、技术孵化中心主任贺开伟的署名文章，在第七个“中国品牌日”之际，为进一步贯彻落实2014年5月10日习近平总书记考察中铁装备时作出的“三个转变”重要指示精神，现予以转载，供学习参考。
　　5月9日，2023年中国智造品牌论坛在河南郑州中铁装备举行。期间，举办了世界首台绿色盾构机“中铁1237号”、世界首台大倾角下坡掘进矿用TBM“中铁1285号”的下线仪式，标志着中国中铁在隧道掘进机领域的研发正朝着高端化、智能化、绿色化的方向不断迈进。
　　中国在隧道掘进机领域虽然起步晚，但是科技工作者们凭着敢为人先、攻坚克难、一往无前的“盾构精神”，通过约20年接续奋斗，完成了从完全依赖进口到引进消化吸收，再到自主创新的巨大转变；逐步实现从跟跑到并跑，再到领跑的伟大跨越。
　　首战告捷 初露锋芒
　　盾构机学名叫全断面隧道掘进机，按照应用地质条件不同，分为硬岩掘进机、土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机。中国习惯把后两种简称为“盾构机”。该类设备被称为“工程机械之王”，集机械、电气、液压、传感、信息、力学、导向研究等技术于一体。
　　传统地下隧道开凿掘进依靠打风钻、放炮、刨石渣等方法，安全性和效率都很低。为了加快基础设施建设，20世纪90年代，中国斥巨资从德国进口了两台硬岩掘进机，用于西康铁路秦岭隧道建设。但这些进口机器不仅售价高昂，而且后续服务费用更高。
　　当时，中国基建大开发方兴未艾，盾构机需求量很大。中国中铁建设者们意识到，唯有掌握核心技术，才不会受制于人，中国必须有自主生产的盾构机。2001年，中国中铁盾构机研发项目组成立。2008年4月，中国中铁自主研发的国内首台具有自主知识产权复合式盾构机“中铁1号”下线。
　　中国人自己研制的盾构机获得成功，这极大地振奋了中国中铁建设者们，同时也增强了盾构机研发团队的责任感和紧迫感。国外隧道掘进机技术已经发展了100多年，占有绝对优势。中国在此领域还只是初出茅庐的少年，虽然前程远大，但是步履维艰。
　　2009年，中铁装备承担第一台敞开式“隧道掘进机TBM”改造项目任务，我曾担任主要设计师之一。第一台意味着资料短缺，无经验可循。我们多次到现场测量、分析，以掌握第一手资料。通过一遍遍反复设计论证、改进，硬是凭着“5+2、白+黑”的拼劲，在上千次的改造方案中找到了最优解决途径，不仅完成了改造项目，而且在应用中创造了月掘进1868米的世界纪录。
　　牢记嘱托 挺进前沿
　　每一台盾构机都是针对地质条件和项目需求“量身定制”的。盾构机掘进面临非常复杂的环境，有时候是在地铁下面施工，有时候从100多米的深海底部穿越，有时候是在地震破碎带掘进……对设备的技术先进性、地质适应性和可靠性有很高的要求。
　　中国幅员辽阔，地质复杂，如何设计研发出门类齐全的盾构机，适应不同施工条件，是盾构人孜孜以求的目标，研制超大直径盾构机，是满足国家建设需求的必然要求。2014年5月10日，习近平总书记在中铁装备考察时指出，“一个地方、一个企业，要突破发展瓶颈、解决深层次矛盾，根本出路在于创新，关键要靠科技力量。”
　　国家需求是紧急命令，科技创新是光荣使命。我时任中铁装备设计研究院泥水所所长，承担泥水平衡盾构机这一新领域的技术攻关重任。山西太原铁路枢纽新建西南环线中的东晋隧道，盾构区间全长4850米，区间地质条件复杂，掘进路线长，大粒径高含量卵石层长达1800米，需要为其研制一台直径超过12米的盾构机。然而在设计过半时，最新地层探测显示地层中存在大量粒径620毫米左右的卵石，前期设计的图纸必须全部推翻。
　　当时世界上还没有12米大直径盾构机处理600毫米大卵石的先例，新的设计只能完全靠自己摸索。整个研发团队32人在辗转考察了15个工地现场，召开多次专项研讨会，最终敲定思路，重新设计开挖系统和排渣系统，打造出直径为12.14米的当时国内最大直径土压平衡盾构机。该机型在整机方面实现了四大创新，填补了中国在大直径土压平衡盾构领域研发的空白，标志着中国全面掌握了超大直径土压平衡盾构设计与制造中的一系列关键技术。
　　2015年，“世界级挑战性工程”汕头海湾隧道启动建设。项目需要两台直径15米的泥水平衡盾构机。当时国内盾构机最大直径12米。那段时间，我和同事们认真对照项目标准和要求深挖细研，反复向院士等专家咨询并开展论证，技术方案经过编制、修改、再编制、再修改，大家常常通宵达旦。
　　2017年10月26日，中国首台具有自主知识产权的超大直径泥水平衡盾构机“中铁306号”下线，打破国外对大直径盾构机关键技术垄断。设备搭载超高承压能力系统集成设计、常压换刀技术、主驱动伸缩摆动等关键技术，在国内都是首创。掘进过程中，“中铁306号”相继攻克了孤石群、高黏度软土、浅覆土高水压、海中高强度基岩凸起底层掘进及淤泥地层带压进仓等世界级施工难题，比同线的国外盾构机提前76天完成任务。
　　2018年，技术团队研制的直径15.8米的泥水平衡盾构机“春风号”下线，让“中国造”盾构站稳了国际化、高端化盾构市场，标志着中国超大直径泥水平衡盾构机研制技术达到世界领先水平。
　　自主创新 硕果累累
　　掌握关键核心技术，必须靠自力更生，靠自主创新。中国盾构机的创新历程深刻地诠释了这一点。
　　2012年，郑州准备在该市中州大道与红砖路交叉路口修建一条地下人行隧道，如果按照传统的施工方法，会对地面交通和周边环境造成影响。如何打破城市道路频遭开膛破肚的“魔咒”？中铁装备创造性提出了“矩形盾构”施工方法。
　　矩形盾构需要挑战“大断面、浅覆土、长距离”等世界性技术难题，接到任务时，技术团队很想与国外专家开展合作，但是遭遇到婉拒，并被告知这是“不可能”的工程。最终只能顶住压力，独立自主开展技术攻关。
　　2013年12月，两台宽10.12米、高7.27米的超大断面矩形盾构机下线，是当时世界上最大断面矩形盾构。为地下工程施工开辟了一种新型的施工方法，在国际隧道行业引起了广泛关注。后来，矩形盾构技术不断迭代升级，成功应用于新加坡及中国天津、四川成都、浙江嘉兴等地的项目工程，为城市下穿隧道、地铁出入口通道、地下停车场、综合管廊等地下工程建设提供新方案。
　　近期，由隧道与地下工程专家、中国工程院院士陈湘生牵头，中铁装备联合深圳地铁集团、深圳大学、中国水电十一局等单位研制的世界最大断面组合式矩形盾构顶管机“大禹掘进号”（“中铁1179号”），在深圳地铁12号线二期沙三站项目顺利顶推始发，开创世界上首次采用超大断面机械暗挖车站施工的先河。
　　多年来，中铁装备坚持走自主创新之路，在隧道掘进机领域不仅提出新的概念，而且把它们变成了现实。2016年，世界首创的马蹄形盾构机下线，施工项目获得了国际隧道协会技术创新项目奖。2018年，首创了盾构法联络通道施工装备，相关专利获得国家专利金奖。2019年，研制的世界首台超小转弯半径硬岩掘进机“文登号”，设备成功应用于山东文登抽水蓄能电站工程，在中国首次将TBM工法引入抽水蓄能电站工程建设领域。2021年，研制了国产首台高原高寒大直径硬岩掘进机“雪域先锋号”，也是世界首台双结构硬岩掘进机，为高原高寒铁路高效建设提供极大助力；同年，世界首台全断面硬岩竖井掘进机，成功贯通浙江宁海抽水蓄能电站排风竖井项目，首次实现动力下沉和井下无人掘进施工，目前处于世界领先水平。2022年，解决了大倾角设备下溜、出渣堵渣、材料运输、流体液压容器自适应等技术难题，研制了国产首台大倾角斜井硬岩掘进机“永宁号”。目前，“永宁号”的性能已经在洛宁抽水蓄能电站得到了验证。
　　凭着过硬的科技创新实力和关键核心技术，中铁装备已生产1400多台盾构机，产销量连续6年世界第一，出口法国、澳大利亚、意大利、新加坡、韩国等30多个国家和地区。还开展了激光、水射流破岩技术和智能掘进技术研究，形成22项国际领先技术。
　　创新盾构 永无止境
　　盾构机科技创新永无止境。未来，中国隧道掘进机应用范围将向更深更大更复杂的工程施工领域迈进。琼州海峡需要在约150米深的海底建设隧道，且需要长距离安全掘进。在超高水压、复杂地质环境下，确保关键部件、核心部件的质量稳定性是一大难题。其中，盾构机的密封结构首当其冲，目前世界上主驱动密封最大承压能力1500千帕，而琼州海峡隧道的水土压力达到了1700千帕，超过了现有密封结构的极限。这需要携手相关厂家，通过科学实验、开展攻关，提升关键产品部件的质量。
　　中铁装备将继续在核心部件、新材料、创新成果转化等领域加大努力，加速推进智能掘进和绿色掘进科学技术创新，抢占世界掘进机科技制高点，打造更多凝聚中国创造、体现中国质量、代表中国品牌的大国重器，为世界隧道建设贡献更多中国方案和中国智慧！