更大直徑、更快速度、更深地層！中國盾構機未來五年這樣做

黨的二十屆四中全會提出，“十五五”時期要加快高水平科技自立自強，引領發展新質生產力，搶佔科技發展制高點。研製“大國重器”無疑是搶佔科技發展制高點的關鍵之舉。在“十四五”時期，我國研製的“大國重器”不斷“攀”高，站上了一個又一個創新制高點。天上，有“嫦娥六號”實現全球第一次月球背面無人採樣返回，有第一座中國空間站“天宮”；地下，有全球領先的超大直徑盾構機正在掘進。從今天開始，《焦點訪談》推出系列節目：大國重器再攀高。我國自主研製的最大直徑盾構機“江海號”和“滄淵號”，在施工現場它們是超過五層樓高、重量超過5000噸的“鋼鐵巨龍”。

位於江蘇省長江入海口區域的海太長江隧道施工現場，進入地下幾十米，穿過長長的已經拼砌好管片內壁的隧道，我們從“江海號”盾構機的尾部進入“江海號”的內部。

150米長的“江海號”內部高度超過5層樓，從尾部向前，首先是100多米的後配套系統，主要包括控制、出渣、注漿、電氣、液壓、導向、物料運輸等多個複雜系統。後配套系統的前面，就是“江海號”的主機核心部分，主要包括推進、管片拼裝、驅動及刀盤開挖系統。

“江海號”盾構機由中鐵十四局和中國鐵建重工集團聯合打造，最大開挖直徑達16.64米，專門為海太長江隧道項目定製。海太長江隧道連接江蘇省南通海門區和蘇州太倉市，過江隧道長11.185公里，其中盾構隧道段長9315米，是“十四五”期間國家重點建設的過江通道，也是目前世界最長公路水下盾構隧道和第一條設計時速100公里的過江隧道。建成後，過江通行時間將由目前的1小時壓縮到10分鐘。

中鐵十四局大盾構專家 陳健：它採用的是雙向六車道，採用高速公路的設計標準，設計速度是100公里每小時，所以它比城市幹道或者其他過江通道建設標準更高，速度更快，隧道斷面也達到了16米。隧道採用盾構法施工，要實現一邊掘進，一邊要進行襯砌安裝，所以隧道的開挖直徑要大於16米64。

盾構機全稱全斷面隧道掘進機，是遁地鑽山、穿江越海的利器，被稱為“工程機械之王”，是衡量一個國家制造業水平的重要標誌。盾構機系統複雜、技術精密，它的工作原理是通過刀盤旋轉，切削隧道工作面的岩土層，一邊開挖一邊拼裝隧道支撐管壁，最後在地底下形成一條成型隧道。

“江海號”最大開挖直徑達16.64米，盾構機直徑越大，研製難度也呈指數級增長。

中國鐵建重工集團掘進機事業部副總經理 張帥坤：直徑越大，裝配和製造精度要求反而更高，比如盾構機核心部件主驅動裝備的精度都是以絲級計算的，一絲就相當於頭髮絲直徑的1/6。

不僅設備的製造裝配精度，還有設備的可靠性，對研製團隊也是極大的考驗。9315米，這是目前水下高速公路盾構隧道的世界最長距離。這對盾構機主軸承的可靠性是極大的考驗。被喻為盾構機“心臟”的主軸承是盾構機在掘進過程中幾乎不能更換的部件。它是盾構機刀盤驅動系統的關鍵核心部件，它帶動刀盤旋轉，實現隧道挖掘。為了確保“江海號”能夠完成超過9公里的超長距離掘進任務，研製團隊為“江海號”裝配了直徑達8.6米的世界最大直徑整體式主軸承。

中國鐵建重工集團掘進機事業部副總經理 張帥坤：通過計算7.6米的主軸承可以滿足我們負載需求了，但是我們最終選型設計的時候，選了8.6米的主軸承，這也是目前全世界應用到盾構機領域的最大直徑整體式主軸承。我們主軸承壽命是按兩萬小時以上來設計的，因為這個工程實際需求不需要這麼長時間，但是我們把它的富餘係數提升到2倍以上。

“江海號”在掘進過程中，還要面臨一種危險挑戰，那就是超高水壓、超大埋深。海太長江隧道最大埋深是在長江水面之下75米，水壓超過7.5bar，相當於在一個指甲蓋這麼大的面積上，就要承受7.5公斤的壓力。但“江海號”要掘進超過9公里，刀盤上的刀具不可避免會磨損，必須更換才能繼續工作。但在75米深的水壓下更換刀具，幾乎是一個不可能完成的任務。

中鐵十四局大盾構專家 陳健：進行換刀，目前要採取壓縮空氣的方法施工，最高限度達到6bar，在6bar壓力下進行作業需要專業的潛水作業人員，也只能作業半個小時，超過7.5bar的作業時間會更短，減壓時間就會更長，幾乎不可作業。

為了攻克高壓換刀這個攔路虎，“江海號”研製團隊經過兩年多的攻關，借鑑深海鑽井平台高壓閘門的經驗，創新研製成功常壓換刀技術，為每把可更換刀具加裝了一道高壓閘門。

“江海號”重達5000多噸，這樣的“鋼鐵巨龍”在江底下軟土層掘進，工程要求必須嚴格控制對地層的擾動，沉降必須控制在毫米級。就像在一塊淤泥裏的豆腐上打孔，還得保證豆腐不散。與很多人的想象不同，操作這麼精密複雜的龐然大物精準掘進，只需要兩名技術人員。

“江海號”作為國產最先進的盾構機，還創新應用了主軸承全狀態即時監控系統、超前地質預報系統、管片構件智能拼裝機器人等幾十項新技術，它不僅是一台自動化程度很高的智能盾構機，也是一台數字化的盾構機。“江海號”幾十個系統裝配了成千上萬個傳感器，產生的海量數據不僅匯聚在主控制室，也即時傳送到地面控制平台。

在海太長江隧道，“江海號”負責右線隧道掘進，左線隧道由另外一台同樣先進的國產超大直徑盾構機“滄淵號”負責掘進。“滄淵號”開挖直徑達16.66米，整機總長176米，總重量超過5650噸，由中交天和負責研製。

中交天和機械設備製造有限公司設計院副院長、總工程師 徐寅：這台盾構機可以説是大塊頭有大智慧，核心零部件以及智能化程度達到了國際領先水平，新技術目前運用了大概有20多項。

中交隧道局海太長江隧道項目機電總工程師 莫康康：為了保證施工的安全，“江海號”已經率先始發，“滄淵號”緊隨其後。接下來的三年，面對超長距離的掘進施工任務，我們將精心組織，精益求精，全神貫注，保證海太隧道施工的貫通。

兩台代表世界領先水平的國產超大直徑盾構機同時掘進的場景，這在二十年前是不敢想象的。那時的中國市場，洋品牌盾構機掘進機絕對佔據主導地位。

中國鐵建重工集團掘進機事業部副總經理 張帥坤：以前我們使用國外進口品牌的設備，即使一個微小的故障出現也要等國外專家過來，配件要從國外發過來，有時候要等好幾個月，這就對我們工程施工造成比較大的制約。

關鍵技術不能受制於人。經過二十年的不斷自主創新，國產盾構機從無到有、從有到優，終於實現趕超領跑。目前中國盾構機全球佔有率已經達到了70%，產品遠銷五大洲40多個國家和地區。特別是“十四五”時期，中國超大直徑盾構機產業實現了跨越式發展，已經形成全產業鏈產業化發展的能力。行業內一般把14米及以上直徑盾構機稱作超大直徑盾構機。

中國工程機械工業協會掘進機械分會會長、中交天和機械設備製造有限公司黨委書記、董事長 張英明：這一時期國產超大直徑盾構機的研製與應用呈現出數量快速增長、技術迭代加速、應用場景深化的鮮明特點。中國盾構機智能化水平實現飛速發展，應用場景從地鐵、公路隧道向穿江越海通道、深層地下空間發展，能源通道等更多領域延伸。盾構機掘進方向不只有水平掘進，也開始向斜向豎向甚至拐彎掘進，像中交天和研製的“首創號”超大直徑硬巖豎向掘進機，今年6月在天山勝利隧道工程中成功貫通世界最深高速公路豎井，解決了特長隧道通風的這一難題。

只有不斷創新才能領跑。位於湖南長沙的中國鐵建重工是“江海號”盾構機的誕生地，中國幾乎一半的盾構機都在這裏研發製造。這裏的科研人員依託過去上千台盾構機掘進機研發製造和施工作業的海量數據積累，正在研發最新的盾構機數字孿生大模型技術。

大國不能沒有盾構機這樣的國之重器，但大國重器的關鍵核心技術買不來，要不來，必須靠我們自主創新。中國盾構機從跟跑到領跑的歷程告訴我們，只有國家的綜合實力、科技實力不斷提升，產業鏈不斷發展完善，我們才能研製出世界領先的大國重器。接下來的“十五五”時期，我們中國的盾構機將會朝着更大的開挖直徑、更快的掘進速度、更深的掘進深度、更多的應用化場景等方面持續發力，變得更高端，更智能，更綠色，在技術領域持續實現世界領跑，也助力更多超級工程的實現。(央視新聞客户端)