从落后百年到世界第一中国盾构机的逆袭之路

  这是100年前，孙中山先生在他的著作《建国方略》中提到的建设规划。这些计划在当时被认为是天方夜谭，袁世凯还因此戏谑孙中山为“孙大炮”。

  要知道，1912年清朝灭亡时，中国的铁路里程仅有9000公里，并且大多数还掌握在洋人手里。这对于当时孱弱的国民政府，流离失所的中国人民来说，不是可以指摘的梦想，而是虚无缥缈的幻想！

  如今，中国已拥有13.9万公里铁路、6730公里城市轨道、501万公里公路，其中铁路隧道超过18000公里；公路隧道超过20000公里；地铁则达6000公里。100年了，国父的宏愿终于实现。

  要想富，先修路。基建狂魔的我们是修路的排头兵，地铁更是遥遥领先。这些功绩最大的功臣就是本文的主角-盾构机。

  盾构机大多数都用在铁路、公路、地铁和水利等基建工程的隧道环节，被称为“工程机械之王”，有着“地下蛟龙”的美誉。

  盾构机在工作时，用前面的切削刀盘，把地下的泥沙、石头“吞”进嘴里，通过螺旋传送机输送到皮带传送机，再用渣土车运往后方。

  举个例子，1000名工人用传统爆破方式挖一条小型隧道，大概需要5年，并且很难避免人员受伤或死亡。若使用一台盾构机挖此隧道，仅需5个月时间，由于工人是在盾构机内部作业，安全完全有保证。

  因此，我国90% 以上的地铁都是采用盾构法施工。此外，通过黄河、长江等大河的隧道，大都是采用盾构法施工的。这些使我们解锁了“隧道及地下工程顶级规模，修建技术发展速度最快的国家”称号。

  上世纪90年代，国内盾构机几乎全部依赖进口，德日美三国企业的产品占据着90%以上的市场份额。

  当时，一台大型盾构机，外商要价达7个亿，并且态度强硬地表示，不通融，不降价。此外，外国专家对设备做检修的时薪要价竟然超过人民币5000元，为了技术保密，还禁止中国人观看。要知道，这可是20年前的一小时5000块。

  南京纬三路隧道总工程师张伯阳对当时窘迫的情况记忆犹新。“这么贵的设备，我们的需求又这么大，外商能制造，难道我们中国人不能制造自己的盾构机吗？”

  在此背景下，我国盾构机制造经历了发展、追赶、竞争的20年，终于攀登到世界顶峰。从落后百年到世界第一，这一条路走得并不是特别容易。在工匠精神、政策引导、市场驱动的引领下，这条逆袭之路大致可分为四个阶段：

  1974年，南疆铁路东段（吐鲁番至库尔勒）开工，该线号的“灯泡”隧道，全程长3783米，是南疆铁路7座螺旋隧道中最险、最难凿的一座隧道。

  这座隧道的修建，开启了有中国大盾构工程“首席顾问”之称的周先明的盾构之路。

  当时，只有20多岁的周先明与4000多位战友，历时近四年完成了新光3号的修建。物质依然匮乏的新中国给这些铁道兵提供的工具极其简单且有限。

  基本上没有机械化的设备，只有铁锹、钢钎、小推车等简单工具。因此，这些铁道兵主要采取人工挖掘的方式，是一种 “钢钎加大锤，打眼再放炮”的原始方法。

  而早在1825年，由布鲁诺尔发明的盾构机就已经用于伦敦泰晤士河隧道的修建，并于1843年顺利完工。泰晤士河隧道是世界上第一条采用盾构技术挖掘的隧道，在隧道工程史上是一个具有重大意义的里程碑。

  与100多年前的泰晤士河隧道修建相比，新光3号隧道的修建方式，称之为“刀耕火种”毫不为过。周先明戏称自己为“除渣工”。

  在这样的条件下施工，伤亡没办法避免。据统计，周先民参与挖掘的新光隧道，共牺牲了25名战士。此外，在建设南疆铁路的 5 年间，共有268 名铁道兵长眠于天山脚下。周先明的腰部也受了重伤。

  “我目睹了战友的牺牲，老连长也因公殉职，这让我暗暗想，何时我们挖隧道，能够不伤人、不死人？”周先明当时发出这样的渴望。

  这种渴望让周先明见证了中国大盾构“梦之队”的形成，队员不少都是周先明修建新光隧道的战友，包括排长田以及后来的北京地铁专家余秉文等。

  如今，周先明在祭奠牺牲的战友时，能告诉他们，现在用国产盾构机挖隧道，不会再伤人、死人了。好时代来了，战友却不在了。

  其实，早在1953年，中国的盾构机就已经起步。那一年，东北阜新煤矿采用手掘式盾构修建疏水巷道，揭开了中国盾构机从无到有的历史。

  挖掘泰晤士河的盾构机就是手掘式，被成为第一代盾构机。机械式盾构机采用了压缩空气，用机械开挖代替了人工开挖。因此，通常把机械式和气压式盾构机称为第二代盾构机。

  第三代盾构机则是以闭胸式盾构机为代表的盾构机，最重要的包含泥水式盾构机和土压式盾构机。

  泥水平衡式盾构机是通过调节出泥舱的泥水压力挖掘前进，弃土以泥水方式排出的盾构机。土压平衡式盾构机是通过调节出泥舱的土压力挖掘前进，弃土从出泥舱排出的盾构机。

  在物联网、人工智能等技术的支撑下，未来盾构机的发展趋势是研制具备深度感知、智慧决策、自动执行功能的盾构机及其控制系统。

  1825年世界上第一台盾构机就慢慢的开始工作，1953年我国的盾构机才刚刚起步，起步就落后了世界120年。

  20世纪中叶，盾构机在欧美日普及完毕。20世纪下半叶，欧美日的企业统治了全球盾构机市场，并对中国进行技术封锁，这对掉队的中国来说雪上加霜。

  直到上世纪90年代，中国的盾构技术才开始取得阶段性成果。1990年，在上海地铁1号线工程中，采用的土压平衡盾构掘进机就是中法合作建造的。

  ▲上海地铁一号线年同志南巡后，中国的开放力度由沿海城市增加到内地，国内市场全面开发，促使中国的重工业快速地发展，铁路隧道、地铁等项目大量上马，对盾构机的需求迅速增加。

  高度依赖国外设备必然会被他们牵着鼻子走：价格昂贵、沟通低效、维修困难、技术封锁

  靠“买”来支撑中国的基建产业，只能继续挨打受气。自主研发生产盾构机，成为摆在中国面前的唯一出路。

  在“兵改工”的政策影响下，1984年周先民及其所在部队4000余名官兵集体转业到中铁十四局，成为一名线年南京长江隧道建设之前，周先明参与的京九铁路、青藏铁路等国家重点建设项目隧道施工，大多仍然采用矿山法。

  “万里长江第一隧”。修建南京长江隧道的盾构机及技术，全部从德国花高价引进。盾构机的刀片是消耗品，所以要在刀片磨损后及时更换。

  两天的费用为20万元。中国工人会换刀片后，一个组一天可以换8把刀片，一天工资为5000元。换刀片费用，德国人比我们贵了640倍，工期比我们长了14天

  南京长江隧道建成通车后，中铁建十四局的大盾构业务呈井喷式增长。2016 年，国内在建的大盾构和水下隧道项目被十四局承建了六成。从南京长江隧道出来的工程师，大多都能完全胜任总工、项目经理职位。

  ▲南京长江隧道左线世纪之前，中国没有能力自主研发盾构机。2000年，盾构机的主要部件还需要进口。这种状况一直持续到了2008年。这段时期，即使在欧美日的严防死守下，我们仍就取得了长足的进步：

  2004年上海隧道研制出了国内首台全自主设计的土压式平衡盾构机“先行1号”样机。

  2002年，中国科技部高新司把盾构机列入“863”计划。在国家专项资金支持，央企、国企牵头下，中国科研院所同多家企业，从基础原理的技术链层面，到实际应用的产业链层面协同作战，共克时艰。中国盾构机的设计和制造进入全方面推进阶段。2007年科技部基础司也将掘进装备的基础研究列入了“973”计划。

  现任中铁高新工业股份有限公司总经理的李建斌，是中国盾构机产业化的主要参与者之一。2002年，中铁工程装备集团在河南新乡建成了盾构产业化基地。在国家“863”计划的支持下，李建斌带领的团队相继在盾构机技术上取得了重大突破。

  2009，李建斌带领他的团队开始了盾构机产业化的征程，设计团队由最初的18人，增加到了108人。

  我国各个城市地质差异巨大，单一的盾构机难以满足实际需求。为了建造适合中国各种地质环境的盾构机，李建斌团队在研究了日本、德国、法国、加拿大等国家的设备后，根据真实的情况，设计出了盾构机在不同地质条件下工作的应对方案。最终攻克了

  2013年，中铁装备研制出了当时世界最大的矩形盾构机，2014年，矩形盾构成功应用于新加坡地铁项目，成为国产异形掘进机走向海外的首个成功案例。

  2015年，中铁装备研制出了硬岩掘进机，让我国在硬岩掘进机领域进入世界前列；

  截至2018年底，国产盾构机的设计制造及掘进实施工程技术已达到，甚至在个别领域超过了国际水平。

  这一步对于李建斌来说，充满了挑战性，也充满了期待。2012年，李建斌团队第一次参加国际竞标，即便占据了价格上的优势，国外业主单位仍然非常顾虑。

  最终，只有马来西亚业主单位同意签下两台盾构机。李建斌带领团队针对马方的具体需求，设计并提升了盾构机性能，结果这两台设备将计划工期

  马来西亚项目的成功，极大的提升了我们的盾构机信心。此后，中国的盾构机开启了海外市场的新篇章。

  这六大王牌企业；日本的小松制作所、三菱重工、日立、石川岛播磨重工、川崎重工、奥村;

  2009年之前，进口盾构机仍然占我国市场的85%左右。其中，德国海瑞克占据70%以上，日本三菱重工及德国维尔特也有一定占比。

  2012年之后，借助马来西亚项目的成功经验，国产盾构机如雨后春笋般，纷纷走出国门，抢占世界市场。

  2019年6月22日，“中国中铁699号”出口到欧洲，这是我国高端隧道掘进装备首次用于欧盟核心区域。……

  2020年，9月29日，对中国中铁来说是一个十分重要的日子。这一天，中国中铁自主研制的第1000台盾构机在郑州下线。这一天，车间标语

  中铁从1号盾构机到1000号盾构机，用了12年。若从李建斌团队开始着手第一台设备算起，

  。20载春秋，见证了以中铁装备为代表的中国企业艰苦攻关的奋斗史，更见证了

  今天，国产盾构机在国内市场的占有率达到90%以上，占到全球三分之二的市场占有率，还顺便拉低了国外同种类型的产品价格40%以上。据统计，2018年中国盾构机出口量为127台，出口金额为3.69亿美元。

  占据国内七成市场，出口到国外的盾构机数量，这两家企业同样独占一档，其次是中交天和与辽宁三三重工。欧洲头牌盾构机企业海瑞克是占据中国市场最多的外国企业，但

  国产化之后，盾构机的国际市场均价降到了3000万每台，到了2018年，均价为2260万每台。有了中国的盾构机，再也没国家愿意当“冤大头”，发达国家为维持市场，必须降价，几亿元一台的盾构机早已成为历史。

  发达国家的“收割机”，中国人民的“争气机”。三年前，中铁公司总工程师王杜娟曾在记者会上表示，“盾构机世界第一的品牌是德国的海瑞克，由于我们的技术积累有限，

  如今，这个最后的难关也被攻克了。2020年9月26日，我国首台使用国产3米级主轴承盾构机“中铁872号”在苏州始发，这是我国突破盾构主轴承自主技术研制瓶颈后，首次在轨道交通领域新机中执行地下掘进任务。

  这种模式的典型特点是，前期用国内市场换技术平稳发育，持续攻关打破壁垒，后期攻占全球市场，收割发达国家。

  这种模式可以称为中国制造业“翻身当家作主”的典范，已经或正在应用于中国制造业的多个领域：

  。振华重工的港机设备目前在全球市场占有率常年稳定在70%以上，中国大型挖泥船被列入禁止出口的名单。

  。中国的高铁技术，世界上没有对手。中国自主研发制造出的高速动车组创造了四个世界第一：工作速度第一、乘坐舒适度第一、节能环保第一、运量第一。中国中车是全球顶级规模、技术最先进、品种最全的轨道交通装备供应商。

  。中国有着世界桥梁博物馆的称号，港珠澳大桥、贵州北盘江大桥、杭州湾跨海大桥等，都运用了中国最先进的桥梁建设技术，其中港珠澳大桥还使用了世界首创的桥-岛-隧集群方案。……

  “我曾经跨过山和大海，也穿过人山和人海……”，正是当今四通八达、高效便捷的轨道交通写照。

  你们的路我来修，你们的山我来挖，你们的桥我来搭；这些我们的民族已经做到了。我们曾经领先世界几千年，

  。实业兴邦，相信在更多领域，将会有无数个“中国盾”出现。小米加步枪可以把美国遏制在三八线，却无法鞭及华盛顿，只有飞机加导弹才能御敌于海外。