中国盾构机的逆袭史

  1958年，在被称为修路禁区的我国西南山区，铁道兵开始修建从成都通往昆明的铁路，这是我国第一次使用机械化施工，比西方落后了近90年。

  然而很长一段时间，受制于国际上对我国高新技术的封锁和禁运，直到70年代，我们的祖国铁道建设机械化应用水平，依然没有正真获得大规模的提升。

  那个时候看到的各类铁路大会战纪录片，大多是由于我国地理环境的差异十分剧烈，很多区域大规模的建筑器材上不去，铁轨铺设还需要依靠建筑工人的人拉肩扛才能完成。

  如果遇到山洞，铁路施工就更为复杂。在当时的条件下，炸药崩山加人工钻探是开凿隧道最核心的施工方式。而在那些不能使用炸药的地方，人工开挖就成为隧道乃至涵洞建设唯一可行的方式。例如最早建地铁的北京1号线号线，曾把首都变成了一个深挖沟的大工地。

  问题是，在国外开挖隧道和在都市里建地铁都有着相应的和成熟技术，那就是盾构机。而且远在1846年，比利时工程师毛瑟就在修建法国到意大利铁路中设计了一个名为片山机的挖掘机，这被认为是盾构机的始祖。

  经历那么多年的发展，到了1970年日本铁道建设公司在京叶线隧道工程中，采用了直径为7.29米泥水盾构进行实施工程，施工长度为1712米，成为当时直径最大泥水盾构施工案例。同时这也拉开了德国，日本和美国公司垄断盾构机市场的大幕。

  但直到这样一个时间段，盾构机依然被列在向中国禁运的目录上。哪怕到了上个世纪90年代，向中国出口盾构机还要经过“巴统”批准之后才能进行的商业交易。

  而且因为市场被三个国家的公司垄断，为了修建秦岭铁路，中国好不容易进口的两台盾构机单价超过3亿美元。如果加上服务费和后续的安装维修费用，为了这两台来自德国的TBM盾构机，中铁集团支付了7亿美元。

  随着经济的发展，进入新世纪的中国迈入交通建设高峰期，曾经中铁集团一年会花十几个亿美金进口盾构机进行实施工程作业。而当时，中国盾构机市场几乎全部的份额都让德国美国和日本三家盾构机公司垄断。

  但令人意想不到的是，2018年为了准备东京奥运会日本不得不从中国进口的特种盾构机，加上德国盾构机公司被中企收购，到了2019年全球盾构机超过7成的市场，终于成为中国盾构机生产企业的囊中之物。

  作为中国盾构机历史上最憋屈那一段时间经历的亲历者，周文波与谭顺辉怎么都没想到，仅用不到10年，那些曾经在中国工程师面前颐气指使的洋师傅，现在成了居然要仰望我们的存在。

  实际上，中国有史可查第1台盾构机的使用能追溯到1963年，但当时乃至之后很长一段时间，盾构机在中国都是作为技术验证机的方式存在。

  到了1989年，我国首次用盾构机进行了地铁施工，这是将盾构机应用到实际工程领域的一次有益尝试。

  真正大规模使用盾构机进入都市的地铁施工领域，是在1994年。当时国家提出构建浦东新区，上海要挖跨越黄浦江的地铁隧道。为了能够更好的保证施工安全、提升施工的速度，上海隧道工程股份有限公司首次使用了从日本引进了直径为11.22米的泥水平衡盾构机。

  由于盾构机是一种定制化施工设备，在前期要做很多的勘察和设计工作，土木工程专业毕业的周文波当时勇挑重担，根据日本专家提出的各种要求，圆满的完成了盾构机设计之前需要的测绘和勘察工作。

  然而，日本专家操作盾构机在推进一段距离之后，就必须停下了。缘由是根据日本的操作规范，这种类型的盾构施工覆土必须大于10米，但黄浦江里最小的覆土只有7米，日本工程师觉得束手无策。

  而且日本工程师死抠教条，不但不接受中国工程师相应的建议，甚至不允许中国工人接近盾构机的驾驶室和控制中枢。

  问题是当时工程每停一天，都会给国家造成一百多万的损失，这让很多人着急上火，周文波也是其中一位。

  虽然最后周文波向指挥部立下军令状，中方也再三向日本公司提供了免责证明，最终换取了中国技术公关小组前往处理问题的机会，而且最终问题也被周文波带队解决。但外国厂商对中国工程师的歧视乃至限制，实际上当时很多从事相关业务的中国工程师感触颇深。

  为了打通西康铁路的卡脖子工程—秦岭隧道，1997年7月，铁道部向德国维尔特公司定制的TBM盾构机运抵施工现场。

  然而在施工全套工艺流程中问题频出，而且德国公司并不信任到场的中国工程师，连换刀头这样的小动作都严禁中国工人接近，还要在周围拉出封锁线。

  让谭顺辉感触颇深的是，作为国家选中服务这两台盾构机的第1批技术员，他被国家不惜花重金送到德国，学习了半年，但回来德方却不让他们接触这台盾构机的核心技术。

  更气人的是，在安装过程中，谭顺辉发现了德国工程师在图纸上的错误，但德国公司的回复却是：向德国公司提问题，一个问题要交1万美元。

  为了处理问题，中方指挥部不得不向德国公司额外支付了20万美元的费用，并由他们的工程师从德国飞到中国处理本身由他们失误造成的问题。

  而且当时与谭顺辉一起出国培训的还有几人，但让人感觉没办法理解的是，德国专家却以这几个中方技术员并不熟悉产品为由，只允许他们帮助德方工程师填写工地施工相应报表。

  另外当时德国专家严守8小时工作制，甚至还从走出家门就开始计算费用，一小时的工资就达到600到800欧元，周末绝不加班，设备出现问题之后只能等到工作日解决，而这样的大工程停工一天就会损失好几百万人民币。

  德方工程师曾在私下场合傲慢的表示，再给中国工程师100年也玩不转盾构机。

  由于错误估计了秦岭山石的特性，盾构机刀盘上使用的大推力滚刀刀圈经常损坏。一开始德国公司还以工程进度过快为由强词夺理，试图甩锅，但在中方指挥部列出的详实数据面前，最终败下阵来，不得不答应由中方指挥部组织工程师攻关，找到解决办法。

  铁道部认为这是一个了解盾构机并产生配套技术的好机会，于是组织隧道工程局、中铁十八局、中铁一院，以及有关科研单位和院校，共同努力展开相应科研工作。

  最终针对这样的一个问题，联合攻关小组找到了解决方案，生产了有我国自主知识产权的盾构机刀头，并改变了刀刃的截面形态。后期现场施工实验能够准确的看出，在磨准率和常规使用的寿命方面，我国研制的产品都超过德国公司的原配产品，关键价格只是德国公司产品价格的1/3。

  因为刀头是损耗品，仅刀头国产化一件事就为整个项目施工节省了近3,000万美元的外汇。

  关键秦岭隧道对德国TBM盾构机的使用和后续维护中技术参与，初步锻炼了国内对盾构机研发力量的组织，点燃了我国企业研发、制造、应用隧道盾构机的熊熊烈火。

  正是受益于对于秦岭隧道的施工，中铁隧道局逐渐掌握了盾构实施工程技术的相应核心要素，从2000年开始步入地铁盾构工程领域。

  当时，很多老专家和院士纷纷向国家建议，由于交通运输进入快速地发展期，盾构机的使用将异常频繁，而这项核心技术已与国家发展安全紧密相关，不能长期受制于人。

  而2001年初中铁隧道局和上海隧道工程股份公司就已经联手，两位技术领军人物谭顺辉和周文波共同组建联合小组，开始了盾构机的合作研发，并由时任中铁隧道局副总经理的李建斌牵头申报863计划。

  2001年年底，盾构机研发被列入863计划。第二年10月，由18人组成的中铁隧道集团盾构机研发项目小组，成为中国盾构机研究的冲锋小队。

  研究小组中，大部分都还是毕业不久的大学生，有人甚至连盾构机是什么都不知道。刚刚毕业的王杜娟就是这里面之一。

  谁都未曾想到的是，就是这一个文文弱弱的女生，未来居然成了中国盾构机的一流“老专家”。

  跟现在被美国卡我们脖子的芯片光刻机一样，盾构机也是个十分复杂的系统，被誉为世界工程机械化之王。零件多达2万，单单一个控制管理系统就有2000多个控制点，相应的控制程序代码超过40万行。

  2003年，水利部利用辽宁省大伙房输水渠道施工急需采购三台盾构机的机遇，落地合资模式招标采购，美国罗宾斯公司中标两台，与大连重工合作生产；德国维尔特中标一台标，与北方重工合作生产。

  这成为中国研发盾构机仅有的两个窗口，可以通过合作生产的过程，了解盾构机所有的生产的基本工艺和技术落地实施过程。

  为了中国第1台盾构机生产的最终实现，经过国家协调中铁隧道局18人的研发小组，整体进入辽宁大伙房盾构机项目，王杜娟当时担任整个联合制造项目，国内制造互补的结构设计负责人。

  而根据与美国公司的协议，中方部分负责皮带机，拖车、喷浆机械手等11个大项目的建设和安装，需要对美国公司提供的3500多张技术图纸做消化转换。

  当时整个团队十分珍惜这一次对国际领先水平盾构机彻底解剖和学习的机会，他们放弃一切节假日休息，白天消化图纸和技术，晚上翻译资料信息。在此过程中，凭借着过硬的专业基础和一丝不苟的态度，王杜娟还在这些图纸中发现了527处设计错误。

  为了保证工期，她一边组织公司技术人员研究修正方案，一边说服外方人员改正图纸。经过三个月的奋战，技术团队不光完成了图纸的消化转换工作，而且还对总量950吨共计278种不一样的规格的材料来了分析，筛选出几十种不常用的材料连接件和大型加工件，在进行充分市场调查的基础上，及时将调查信息反馈给材料供应商与加工加工车间，最终保证了项目的如期完工。

  这一经历使整个团队收获了详实的外方基础材料，同时获得了建造盾构机最核心的技术。

  当然整个团队的精密和细致、认真工作态度，也得到了美方公司的大力赞扬。正是从这一个项目开始，中铁隧道局逐渐积累了知道了自有知识产权盾构机的技术基础。

  天道酬勤，经过6年不懈的努力，2008年4月，王杜鹃和他的同事们终于成功研制出中国第1台拥有大部分自主知识产权的复合式土压平衡盾构机，其整机性能达到国际领先水平，填补了中国在这一个领域的空白。

  这台样机随后会应用到天津地铁的项目，业主起初以为是一台进口盾构机，并将这台机器用在施工难度最大的标段，地表以上是张学良故居，瓷房子等历史背景和文化街区。施工验收时发现在各个标段中这个标段工程成绩最优，不但掘进速度快，而且地表沉降控制在三毫米以内。

  就在这样一个时间段，王杜鹃和他的同事们才松了一口气，才敢告诉业主这是他们中铁隧道局生产的第1台样机，而这台有重大贡献的盾构机也被命名为中国中铁1号。

  在这台TBM技术的的盾构机之前，周文波的上海隧道公司在2004年已经依据日本样机造出了水泥盾构机——“先行号”样机，终结了中国不能造盾构机的历史。2006年，“先行2号”制造完成并正式下线，实现我国首次泥水盾构机的批量生产。

  2010年，南京纬三路过江隧道的修建，需要用大直径盾构机，而我国并不能生产，当时外商报价一台7亿元太贵了，最后指挥部决定自己研发。

  2012年，“天和一号”横空出世，打破了外国在大直径盾构机领域的垄断。2015年，中铁装备研制的硬岩掘进机走在了世界前列。2020年问世的“京华号”，是我国企业第一次成功制造了16米级超大直径盾构机。

  2012年，当时成都地铁2号线号线开工建设，当时采用了“1+1”模式，就是国产盾构机和进口的国外盾构机各负责一条线个月之后，国产盾构机完胜，各项性能指标都优于进口盾构机。

  关键中国的各个配套企业也在奋力直追，在不断为国产盾构机进行零件加工和定制化产品生产的过程中，中国盾构机零件制造逐渐接近，甚至超过了国际先进水平。

  2013年，国内企业自主研发了首台国产盾构主驱动减速机；盾构机的心脏——主机轴承2018年之前全部依赖进口，而今天国产的主轴承已经装在了盾构机上，持续工作了1300小时，工艺丝毫不逊色国外的产品。

  虽然现在中国产的盾构机依然存在海外公司可以提供的零件，但核心的所有技术与零配件全部掌握在中国自己的企业手中。

  而且由于中国庞大的应用市场和基建狂魔的声誉，这让各种需求产生了特别奇特的市场供应能力。

  这也让中国盾构机逐渐在全球市场走出了不一样的一条路，也成为中国盾构机的核心竞争力。

  由于慢慢的变多的城市开挖地铁，为了节约成本，迫切地需要盾构机能一次成型，将地铁隧道和站台建设等同步进行，这就使得可定制截面的盾构机变成中国盾构机企业一定要攻克的技术。

  2015年，中铁装备谭顺辉带领团队不断突破，研发成功了世界首台马蹄形盾构机，成功应用于城市地铁建设，一次成型的隧道开挖打造了中铁装备最具竞争力的盾构机产品。

  之后，中铁装备更是不断研制出了超大断面矩形盾构机、世界首台联络通道专用盾构等先进产品，而且不光在国内销售，还返销海外。

  正是由于我们大家可以定制盾构机的截面，日本奥组委才跨过日本盾构机相应公司向中方递交订单，从中国进口一次成型的地铁盾构机，降低日本东京奥运会的筹办成本。

  2017年，国产盾构机销量终于拿下世界第一，而实现这个目标，中国企业只用了15年的时间。

  如今国产盾构机已经占据国内90%以上的市场占有率，并且出口到世界21个国家和地区，占据了三分之二的国际市场，成为当之无愧的世界第一。而且我们这个第一，已经保持了4年的时间，从现在市场的数据看，还会继续保持下去。

  当然，中国盾构机的发展史也被很多媒体认为是中国经济逆袭的一个代表。这是中国全产业链的工业加工能力缔造的奇迹，更是中国不屈民族精神的体现。

  有意思的是，1997年秦岭隧道项目进口盾构机的那家德国维尔特公司，最终于2014年被中铁装备收购。