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作为一个有着基建狂魔称号的国家，盾构机在我国的基建建设中，发挥着无可替代的重要地位。 然而，我国盾构机的发展历史，确是一波三折，甚至用历尽坎坷来形容也毫不为过，盾构机这样的“大国重器”，从国外的技术封锁，到如今的远销海外，可谓是见证了我国科学技术的发展，也证明了我国科研人员的呕心沥血。  “大国重器”盾构机 盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，一般情况下，我们可能不能经常遇见这个“大国重器”，毕竟这玩意常年混迹于地下。 由于盾构机具有一次开挖完成隧道的特色，从开挖、推进、撑开全由该机具完成，开挖速度是传统钻爆法的5倍。 盾构机的出现至今已有近两百年的历史，但正式地运用历史较短。 1952年，美国南达科他州的欧阿希水坝是全球首个利用盾构机施工成功的案例。 20世纪70年代，全球盾构机研发重点区域从欧洲向日本和美国转移。日本不断研究改善盾构施工，做出了许多卓越的贡献。  1968--1989年近20年之间日本研发了多种盾构机类型，使盾构机进入了—个新的台阶，研发了泥水加压盾构、泥水式双圆搭接盾构工、泥土加压盾构、高浓度泥水盾构、注浆盾构工等多种施工法。 1969年美国和英国在盾构施工中率先使用油压千斤顶盾构以及滚筒式挖掘机；这一时期开发了多种新型盾构工法，以泥水式、土压式盾构工法为主，盾构施工法不断完善发展，成绩斐然。 在1988年起的英法海底隧道建设工程完成后，盾构机才打响名号，得到广泛的应用，并高速发展。 现代盾构掘进机是集光、机、电、液、传感、信息技术于一体的高新技术产品，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。 盾构机的研发生产涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高，因此盾构机生产具有极高的技术壁垒。 技术落后，受制于人 全球盾构机的发展，可以追溯到约两百年前。1818年，法国工程师布鲁诺尔无意中看到了一条凿船虫。它一边蠕动一边在木头上钻洞，同时从体内分泌的一种黏液能加固洞穴，还能抵抗木板的潮湿。 于是，他提出了盾构掘进隧道的原理，据此设计的“开放型手掘盾构机”获得英国专利。1825年，他研制出了矩形盾构机，首次应用于泰晤士河隧道工程。 泰晤士河隧道的建设并不顺利，中间发生河水灌进隧道及瓦斯爆炸等问题。在布鲁诺尔历时7年改进盾构机后，又经过多年精心施工，隧道终于在1843年建成，成为世界工程史上一座重要的里程碑。 1887年，工程师格雷特在南伦敦铁路隧道施工中，成功使用了圆形盾构和压气组合工法，为现代盾构机奠定了基础。 此后，盾构机相继传入美欧、日本、前苏联及我国等等，并得到不同程度发展。  在20世纪的一百年间，前50年是盾构机及TBM在欧美日得以推广普及，后50年是欧美日企业推动盾构技术自动化、多样化和大直径化等升级，并统治了全球市场。而与此同时，中国却明显掉队了。 新中国成立初期，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道，这是我国首条用盾构掘进机施工的隧道。 此外，1957年，北京市下水道工程首次采用了两台自研盾构机施工，这距离西方首台盾构机已落后一百多年。 六七十年代，北京、上海、杭州等城市的研究机构，曾在盾构机研发上获得一定突破。但受当时技术、经济条件及计划经济体制限制，发展一直比较缓慢。 到了九十年代，中国盾构技术开始取得长足进步，其中以上海尤为明显。比如1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用了7台中法联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。 此后，随着国内经济快速发展，要修建的铁路及隧道等设施越来越多，对盾构机的需求也同步迅速增加。但无奈在“造不如买”思潮下，国内设备几乎全部依赖进口，使得德日三国美企业占据90%以上市场。 但是，高度依赖国外设备面临许多问题：成本高昂，跨国沟通低效，甚至“技术专家要人家配，检修还拉警戒线”。 外商漫天要价，“爱买不买” 1997年，原铁道部耗资7亿才引进两台德国硬岩掘进机，用于西康铁路秦岭隧道。 为降低成本，中国到处比较施工方案。在当时，如果要用传统爆破方式挖一条小型隧道，需要1000名工人持续工作5年时间，而且中间几乎不可能避免人员伤亡事件。 但如果换德国盾构机来挖这个隧道，只需要5个月时间，而且由于工人在盾构机内部工作，安全相当的有保证。 然而德国人却报价7个亿，中国人就只能接受7个亿，不允许还价，爱买买，不买拉倒。 那可是1997年的7个亿，虽然德国人的态度很差劲，报价也贵上了天，但当时国内的技术不行，人家的技术确实能提升工程效率，所以没办法，只能捏着鼻子认了这个价格。  另外，中方施工人员在出故障求助于国外厂家时，对方提出的解决方案往往是高价钱更换部件。 比如1999年，在广州二号线施工中，一台进口盾构机没有抓牢“管片”，后来对方提出300万换修费用。 这导致中国盾构机事业陷入“冰与火”的状态中，一方面基础设施建设遍地开花，国内对盾构机的需求飙升至占全球60%以上。另一方面，在应用上却处处受制于人，甚至导致项目施工进度受到极大影响。 这一切，都刺激着中国盾构人的自尊心及昂扬斗志。全部花钱从国外进口，靠它们支撑中国基建产业?这非常不现实，只会继续挨打受气。 因此，自主研发生产盾构，成为摆在中国面前的唯一出路。 黑暗前的黎明 从2002年开始，中国致力于“造中国最好的盾构”。 国家科技部将盾构技术研究列入“863”计划，实现中国盾构从有到优的历史突破。 中国盾构的研发从此一发不可收拾。2004年10月，上海隧道工程股份有限公司推出第一台具有自主知识产权的“先行号”地铁盾构样机。  2006年底，“先行2号”盾构在沪制造安装完成并正式下线，首次实现了国内陆铁盾构的批量生产。 2008年4月，依托“863”计划，由中铁隧道集团隧道设备制造公司牵头研制的复合盾构“中国中铁1号”下线，成功地实现了从“造中国人自己的盾构”跨越到“造中国最好的盾构”这一梦想。 2009年9月，一台直径为11.22m的具有自主知识产权的大直径泥水盾构“进越号”成功贯穿上海打浦路隧道复线工程，标志着我国进入了具备大直径泥水盾构自主设计、制造和施工技术的盾构大国行列。 强势逆袭，远销海外 从2009年开始，盾构机市场出现惊天逆转。 彼时我国“基建狂魔”本性集中迸发，中国铁建、中国中铁、上海隧道制造的盾构机先后成功下线。 仅仅十几年，中国盾构机高歌猛进，产品迅速迭代、升级，已经能够生产适应各种地质条件、各种项目需求的大型盾构机。目前，国产盾构机每年出厂台数、拥有量、盾构隧道施工里程，都是世界第一。 此外，“三十年河东三十年河西”，国产盾构机已占国内90%的市场份额。其中有六大王牌军：铁建重工、中铁装备、中交天和、上海隧道、三三工业、北方重工。前二者是领头羊，但个个创新能力爆表。  谁都可能没有想到2001年，中国中铁95%基建开发都是进口设备，光盾构机的投入一年就超50亿元。 但如今中国已经打了个漂亮的翻身仗：国产盾构机不仅返销多个国家，而且已占全球2/3市场。 显然，国产盾构机在崛起过程中，也盯住了海外市场。比如黎巴嫩缺水问题曾特别严重，当地居民维持生活依靠昂贵的桶装水。 2014年，黎巴嫩宣布了工期数年的大贝鲁特供水项目，但施工特别困难，因为引水隧洞只有3.5米的直径，全世界那时都没有量产那么小的掘进设备。 对此，2015年，中国中铁成功研制全球最小直径的岩石隧道掘进机，第二年就发货运往了黎巴嫩，应用在供水项目中。 在中国设备助力下，项目中距离最长施工难度最大的2号隧道已于2018年3月贯通，去年投入使用后，约160万人口的用水问题将得到很好解决。准确抓住各国需求，是国产盾构机成功的一大要素。 此外，中国的盾构机性价比更高。比如过去中国花3亿元从德国进口一台盾构机，现在就以2亿元的价格出口。由于国产盾构机动辄比国外便宜2000万元以上，国际同类产品价格硬是被拉低了40%。 当然中国盾构机在技术和制造上也不马虎，而且逐步实现了引领。世界首台马蹄形盾构、世界最大矩形盾构、全球首台斜井双模式TBM、全球首台永磁电机驱动盾构机……这些领先技术都出自我国。  此外，2017年，中国盾构机首次打入欧洲市场，出口俄罗斯时一“去”就是五台。 紧接着是土耳其、丹麦、意大利、法国、澳大利亚、印度等等，总计数十个国家和地区的城市轨道、引水工程等基建项目。 2018年3月，中交天和研制的“巨龙”超大直径盾构机顺利下线，直径达12.12米，后用于中国当年在海外最大公路隧道项目——孟加拉国卡纳普里河底隧道工程，首次打破欧美垄断海外高端设备局面。 小结： 从无到有，从受制于人到技术突破，从自主创新到领先世界，经过十多年探索与开发，中国盾构机已从任人宰割，到登顶世界前列。 可以说国产盾构机为“基建狂魔”涂上了浓厚的一笔，如今国产盾构机已经占据国内90%以上的市场份额，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。 当然，国产盾构机的发展史是我国现代科技发展逆袭的一个代表。这是中国科研人员缔造的奇迹，更是中国不屈民族精神的体现。 打不死我的，终将会使我们更加强大，盾构机如此，未来芯片产业亦如此。 |
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