国产盾构先行号的新纪录(组图)

工程人员在紧张施工
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工程人员相互交流

　　“先行号”的新纪录

　　2006年8月26日，在深圳证券交易所上市的浙江宏润建设集团股份有限公司(下文简称“浙江宏润”)发布公告，公司募集资金10350万元向上海隧道工程股份有限公司(下文简称“隧道股份”)购买5台盾构掘进机。

　　按照这个数字计算，浙江宏润向隧道股份购买的盾构掘进机，平均每台的价格在2070万元，在此之前，国内隧道施工项目所使用的盾构掘进机，基本从国外进口，同样功能的产品，欧洲盾构机的价格在4000万左右，日本在3000万左右，现在浙江宏润拿到的价格，只有日本的2／3，欧洲的1／2。

　　要说浙江宏润与隧道股份的这笔交易，其间还有一番鲜为人知的波折。

　　2005年11月，在上海举行的“2005国际隧道工程研讨会”行将结束的那一天，隧道股份与浙江宏润签署了一项购销合同：浙江宏润向隧道股份订购两台“先行号”地铁盾构掘进机。

　　对于隧道股份来说，两台盾构掘进机并不算是一个大订单，但这纸合同却有着特殊的含义。这两台盾构机可以说是隧道股份涉足工程装备制造业以来面向市场接到的第一笔生意。它标志着以隧道建设施工为主业的隧道股份进军装备制造领域，开始进入到实质性阶段。当天隧道股份总经理周文波和浙江宏润董事长郑洪舫在购销合同上分别签了字。

　　意向性的购销合同是签了，可浙江人一走3个月音讯全无。周文波派人打听，才获悉这个合同在浙江宏润的董事会上遭到了全票否决。理由很简单，隧道股份虽然有40年的隧道施工经验，但是由他们研发生产的盾构机真正走向市场，这还是第一次。宏润要做“吃螃蟹的人”，勇气可嘉，不过在此之前国内隧道工程采用的盾构机全部是进口的，这两台国产盾构机虽然具有价格优势，毕竟是一次全新的尝试，万一在掘进过程中出现问题，那怎么得了。董事们激烈的反对，让郑洪舫也产生了犹豫。

　　2006年小年夜那天，周文波约出郑洪舫，他很快搞清楚了问题的症结出在哪里。这是隧道股份自主研发的盾构机问世以来，面对的第一个客户，周文波志在必得。他告诉郑洪舫，浙江宏润买回隧道股份的盾构机后，第一次挖掘推进，隧道股份的工人可以身穿浙江宏润的工作服，帮着他们向前推100米，而且保质保量。

　　优惠的价格，过硬的技术，优质的服务，加上周文波的执著以及他对自己产品毋庸置疑的信心，让郑洪舫很快下定了决心。午饭没有结束，他已经做了最后的拍板，买下隧道股份的这两台盾构机。直到这时周文波才了解到，在此之前浙江宏润已经与另一家生产盾构机的企业开始接触，而且已支付给对方定金数十万。

　　这笔交易让周文波深有感触的是，浙江宏润是一家私营企业，私营企业有个好处，就是它在判断问题时相对简单，只要性价比合适，这笔生意他就肯做。这是一个双赢的结果。对于浙江宏润，它所面对的是来自全国的竞争。在目前的市场状况下，谁拥有了盾构机，它就拥有了更大的中标可能。况且在大型工程领域，又特别注重一个企业的资质和资历，具备了盾构开掘的经验，对浙江宏润来说也意味着一次实质性的飞跃。

　　力推“先行号”

　　首次合作的成功，让浙江宏润信心大增。很快，他们又向隧道股份订购了3台盾构掘进机。隧道股份自行设计、制造和工程应用的“863”国产盾构，由此正式进入国内销售市场。隧道股份将这一令他们倍感骄傲的盾构掘进机，命名为“先行号”。

　　初露峥嵘，“先行号”便以国际领先的技术含量和较高的性价比吸引了市场的高度关注。不仅国内多个大城市的地铁施工单位表达了购买意向，诸如新加坡等其他亚洲国家的地铁工程，也对之产生了浓厚的兴趣。

　　“先行号”的顺利研发，绝非一蹴而就，它是中国几代隧道人技术和经验长期积累的一个结果。事实上，隧道股份研制盾构已经有40多年的历史。周文波告诉记者，早在40年前，用于我国第一条越江公路隧道——上海打浦路隧道的大型网格式盾构，就是隧道人研发制造的。

　　在以后的数十年间，隧道股份先后制造出各类盾构128台：其中独立研制和批量生产了87台，合作生产了41台。其中的代表作，包括上海轨道交通一号线北延伸段的国产地铁盾构“隧铁一号”盾构；穿越广州珠江的广州地铁一号线的国产复合型土压平衡盾构；用于上海肇嘉浜路污水隧道施工，直径为4.2米土压平衡铰接式盾构。

　　遗憾的是，这些盾构大多是为某一个工程量身定制的，从没有纳入产业化发展规划。在城市轨道交通快速发展的今天，中国却有85%的盾构掘进机要依赖进口。德国、法国和日本等公司的地铁盾构机基本占领了中国盾构掘进机的主要市场。

　　反观国内轨道交通市场，仅上海地区，2006年-2010年，新建轨道交通6条线，总长度406公里，需要盾构86台，按照目前盾构数量分析，还要新添置盾构约40台。2010年-2016年，再增加轨道交通里程达到125公里，到2025年上海轨道交通网将达到上千公里，需要数目可观的地铁盾构。

　　除了上海之外，据不完全统计，2006年-2010年，我国各地约有13座城市新建轨道交通26条线，总长度为1200公里，投入施工的盾构约100台。至2010年，全国计划新建越江隧道30条。累计长度66公里，需大直径盾构28台。

　　根据不完全统计数字显示，中国各类盾构未来潜在的市场将有100亿元以上的产值。

　　“盾构施工的成功率，80%取决于盾构机的选型，是否适应现场的施工环境。作为一家打拼多年的中国隧道企业，80%的成功率捏在别人的手中，那种感觉真的很不好。未来10年，中国的地铁盾构市场份额可能达到10亿美元，这么大一个市场如果全部控制在外国人手里，我们这些人心里，那又会是种什么滋味？”周文波深有感触地说。

　　复合型企业

　　从1997年以来，隧道股份就开始投入大量的人力、资金等各种资源，打造盾构制造产业。目前，隧道股份下属的机械制造分公司是国内唯一一家盾构掘进机的专业厂家，在数十年中，该厂先后制造加工了100余台直径0.6m-11.3m的盾构掘进机。

　　目前该厂区占地6万平方米，厂房建筑面积2万平方米，装备有国际先进的加工中心，数控机床等设备，扩大了隧道股份的盾构制造能力及超前技术研发能力。具备了年制造15台地铁盾构和组装4台大型泥水盾构的生产能力，并且以盾构为中心形成了新的产业链——隧道管片钢模的设计生产和国产盾构油脂研发生产等盾构配套产品的生产能力。钢模生产规模和市场占有率为全国第一，还出口日本、马来西亚等国家。

　　2002年，隧道股份以较强的竞争力，获得了国家863计划关于开发国产化盾构掘进机的一系列项目。2004年，公司投资2500万元，历时1年3个月，“先行号”盾构及在隧道股份诞生，结束了国内地铁掘进工程洋盾构一统天下的局面。

　　2005年12月份，在完全达到隧道施工质量的前提下，“先行号”打破洋盾构推进新纪录，创造了国内地铁盾构日推进最快纪录，推进了32环、38.4米(进口盾构最快单日推进速度为26环、31.2米)，而最快单月掘进速度达到了566.4米(进口盾构最快单月推进速度为531米)。其主要技术指标达到了国外同类盾构的先进水平，盾构设计掘进寿命与国外盾构相当。

　　今天的隧道股份，已经成为国内唯一集盾构施工、盾构制造为一体的复合型企业，形成了原创性的核心技术。在数十年的盾构施工、盾构设计制造过程中，隧道股份掌握了为不同地域、不同地质施工的盾构设计制造的核心技术，如按照工程需要配置动力装置、控制方式和力学模型等一整套技术数据，使设计制造的盾构，在施工过程中完全满足当地的施工技术的需求。

　　在研制“先行号”盾构的过程中，隧道股份获得了33项技术专利。通过零部件的全国配套和自行开发制造，先行号盾构的国产化率达到了70%左右。

　　周文波告诉记者，这台具有自主知识产权的盾构，体现了隧道股份40年地下施工装备设计制造的丰富经验，集当今世界盾构制造各类系统的长处，汇欧洲产品的稳定性和日本产品的经济性为一体，售价仅为进口盾构掘进机的三分之二。

　　周文波说，“我们不仅具有国内一流的盾构施工技术队伍，而且具有一批数量多、能力强的盾构保障技术人员，可以为国内的用户提供带教培养、技术咨询、现场维修、盾构转场等各类服务。以此来加速国产盾构市场化进程，培养出一批中国盾构施工企业。”

　　隧道股份的地铁工程遍及大江南北，对中国的软土土质熟悉了解，省却了进口盾构因“水土不服”而需要改造、改进的缺憾。同时上海又处于中国经济最发达的长三角地区，为服务和辐射长三角地区提供了地理上的便利。位于上海的隧道股份与同样经济发达、作为中国地下空间开发巨大的潜在市场珠三角和京津唐地区也相距不远，显而易见，隧道股份具有明显的地域优势。

　　软土隧道施工技术领域独树一帜，并且进军工程装备制造业，隧道股份已成为“既揽瓷器活，又造金刚钻”的两栖企业。“我们边施工、边反馈、边提升，通过这样一个循环链，不断提升地铁盾构的性能。这是全世界任何一个盾构制造企业所不具备的天然优势。”周文波说。

　　在中国的软土隧道工程建设行业，隧道股份早已稳坐第一把交椅，而在初显锋芒的隧道工程设备制造领域，周文波也早已确立明确的发展方向：扩建隧道机械制造分公司，5年内形成年制造30台盾构的生产线，具备设计制造大直径盾构(15米以上)的能力；建成国内盾构制造基地，形成掘进机产业链，成为世界一流盾构制造商。-

　　现代土行孙

　　19世纪的英国，人们经常为蛀虫在木船中蛀洞而伤脑筋。有一个名叫布鲁诺的工程师却从中得到启发：能不能发明一台机器，像蛀虫那样在泥土中挖洞呢？

　　1818年，他发明了一种能像盾牌一样挡住泥土，能让工人在里面工作的箱形铁壳，称之为盾构。挖掘工人在铁壳内一面挖掘，一面在隧道内壁衬砖。从那时起，盾构开始在世界各地的地层深处开挖各种各样的隧道，并且逐步发展成为各种类型，圆形、矩形、双圆等，尺寸也从直径200毫米到18米，以适应于不同的地质条件和功能要求。

　　《封神榜》中有一个能在地下自由穿行的土行孙，布鲁诺发明的盾构不断演进，真正成了一个现代的“土行孙”。

　　把简单变复杂

　　盾构的发明是人类自古以来在仿生学上的牛刀小试。

　　鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，中国人观察鱼在水中用尾巴的摇摆而摇动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。

　　鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。2300多年前墨子和他的300弟子，花了3年时间，造成一只“会飞的木鸟”，400多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。

　　从简单的模仿，到形成现在轮船、飞机、盾构的模样，这是一个把简单变复杂的过程。

　　盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水和流沙的入侵。在这个基本原理的支撑下，盾构经历了一个不断进步，由简入繁，由危险到安全的过程。

　　布鲁诺的铁箱子需要由人工完成挖掘，向前挖一点，铁箱子向前推一点；最近二三十年，人们发明了水冲式掘进方法，用水将泥土冲刷成泥浆运出，替代了人力；目前，盾构发展到利用刀盘机械进行掘进，集机、电、液、控于一体，被称为全断面隧道掘进机，分为泥水平衡式掘进机和土压平衡式掘进机，广泛地应用于城市地铁隧道、市政公用隧道、越江越海交通隧道、水利电力隧道、铁路公路隧道工程建设中。

　　2004年10月18日，国产第一台地铁盾构样机“先行号”投入上海轨道交通建设。这是一个65米长，直径6.34米，拥有7大系统上万个零件的铁家伙，要想让它进入地下舒展筋骨，必须首先为它挖出一个25米长，12米宽，15米深的“窝”，然后把它放进去。这个“土行孙”重量达到250吨，处在最前端的“嘴”是个大圆盘，像一个绽放的花朵，依靠旋转力的作用，“嘴”每分钟旋转一圈，“嘴”上的132颗牙齿不断将前方的泥土切削下来。在后面体内液压机的作用下，盾构“身体”向前推进，产生每平方厘米2公斤的推力，将切削下来的土“吃”进土舱，再由传送带将其运送给尾部的运输卡车。

　　每半小时左右，盾构向前推进1.2米，在盾构机内工作的工人便将预制钢筋混凝土衬砌用机械组装固定在已挖出的洞内壁，整个过程只需要1个半小时左右，这在隧道工程上被称为一环，随着一环一环的递进，一个宽阔的长长隧道就形成了。

　　一条隧道事先已被设计出固定的线路，盾构可不能盲干，在漆黑的地下必须按照这条看不见的线路前进，它的眼睛就是标靶、全站仪、PLC和计算机集成，依靠对轴线的测量为盾构导航。遇到线路弯曲的地方，分成三节的盾构能够按照一定的曲度进行姿态的调整，完成转弯挖掘。

　　盾构的发明不仅使挖掘隧道再也不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，那种动辄数十人、上百人的挖掘被快速、低劳动强度、自动化、智能化、施工远程控制信息化所替代。地面人文自然景观也受到良好的保护，周围环境不受施工干扰。

　　我们的盾构

　　有专家曾经说：19世纪是桥的世纪，20世纪是高层的世纪，21世纪将是地下空间的世纪。城市地下空间在加强城市功能，改善城市环境，实现城市集约化和可持续发展中将发挥越来越重要的作用。掘进速度比传统方法快4-10倍的盾构机则是地下工程中的重要施工机械，在地下空间开发中起着举足轻重的作用。

　　资料显示，上海2006年到2010年，将新建轨道交通6条线，总长度406公里，需要盾构86台，按照目前盾构数量分析，还要新添置盾构约40台。2010年到2016年，再增加轨道交通里程达到125公里，到2025年上海轨道交通网将达到上千公里，需要数目可观的地铁盾构。据不完全统计，2006年-2010年，我国还有约有13座城市新建轨道交通26条线，总长度为1200公里，投入施工的盾构约100台。至2010年，全国计划新建越江隧道30条。累计长度66公里，需大直径盾构28台。据测算，我国的各类盾构未来潜在市场将有100亿元以上的产值。

　　今后几十年内我国将成为世界隧道掘进机的主要市场，这100亿元的蛋糕由谁来吃？

　　在盾构掘进机领域中，英国、德国、美国和日本处于领先水平。特别是日本在开发和应用盾构法隧道技术达到了很高的水平，并获得了国际隧道界的认同。2004年前，我国的掘进机设备绝大多数依赖进口，用于城市地铁、铁道和公路隧道工程建设的盾构市场份额由国外厂商占领。

　　国内地铁隧道掘进由洋盾构一统天下的局面终于在2004年被上海隧道工程股份有限公司(下简称隧道股份)打破。2004年，国家863计划出现重大突破，隧道股份投资2500万元，历时1年3个月研制完成的中国首台具有自主知识产权、达到国际先进水平的地铁盾构“先行号”诞生，样机投入上海轨道交通建设。2005年6月28日，“先行号”完成了第一次掘进，其施工效率、工作质量、运作稳定等综合指标达到国际先进水平。2005年12月份，在完全达到隧道施工质量的前提下，“先行号”打破洋盾构推进新纪录，创造了国内地铁盾构日推进最快纪录，推进了32环、38.4米(进口盾构最快单日推进速度为26环、31.2米)，而最快单月掘进速度达到了566.4米(进口盾构最快单月推进速度为531米)。其主要技术指标达到了国外同类盾构的先进水平，盾构设计掘进寿命与国外盾构相当。2005年11月，国产盾构实现首次销售。2006年8月，研制出“先行号”盾构的升级版本——适合各种土层施工的复合型盾构，并投入到福建江阴电厂的取水隧道施工。2006年11月，首台批量生产的国产盾构下线，迈开国产盾构产业化新的一步，同时，与德国合作、世界最大的直径15米超大型盾构运至长江隧桥工程工地。

　　1997年以来，隧道股份投入大量的人力、资金等各种资源，打造盾构制造产业。目前，隧道股份下属的机械制造分公司是国内唯一一家盾构掘进机的专业厂家，在数十年中，该厂先后制造加工了100余台直径0.6m-11.3m的盾构掘进机。隧道股份作为国内唯一集盾构施工、盾构制造为一体的复合型企业，形成了原创性的核心技术。现代的土压盾构技术集中体现了机械制造、液压、传感、自控、信息、材料等综合技术的集成。我国在盾构总体设计和系统集成关键技术取得了突破，使土压盾构总体设计和系统集成关键技术接近国际先进水平；盾构的刀盘切削和驱动系统是隧道掘进机核心技术，我们的直径6.34米土压盾构在刀盘切削驱动系统设计上结合了上海软土地层特点和盾构进出洞切削加固土体状况，确定刀盘结构形式、开口率、多种刀具的组合，关键部件大轴承、驱动马达、液压阀件选用可靠成熟的世界名牌产品进行优化组合，关键部件中心回转接采用自己的专利技术、刀盘密封设计和构造设计具有高可靠性，体现了自主知识产权的优势，刀具的综合性能也达到了国际先进水平；盾构的监控系统代表了盾构自动化、信息化水平，是体现先进性的盾构核心技术，我们的监控系统采用世界最新的PLC控制技术和传感技术、监控画面精致、操作实现方便、数据采集和处理准确、快捷，在盾构测控系统研究方面取得突破性进展，达到了国外盾构的先进水平，还实现了远程施工信息传送。盾构测量导向系统研究在消化吸收德国VMT先进测量导向系统的基础上，采用标靶、全站仪、PLC和计算机集成，已在工程中试用成功。

　　在数十年的盾构施工、盾构设计制造过程中，掌握了为不同地域、不同地质施工的盾构设计制造的核心技术。在研制“先行号”盾构的过程中，隧道股份获得了33项技术专利。通过零部件的全国配套和自行开发制造，先行号盾构的国产化率达到了70%左右。