9月29日，在位于河南鄭州的中國中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司(以下簡稱“中鐵裝備”)盾構(gòu)總裝車間，一臺(tái)直徑8.64米的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)正式下線，這是中國中鐵自主研制的第1000臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。這一天，車間標(biāo)語“造中國人自己的盾構(gòu)，造中國最好的盾構(gòu)，造世界最好的盾構(gòu)”顯得格外醒目。
“上天有神舟，下海有蛟龍，入地有盾構(gòu)”。作為“入地”利器，盾構(gòu)機(jī)在某種程度上代表一國基建實(shí)力，是大國建設(shè)必不可少的核心裝備。從自力更生、自主研發(fā)，到走出國門、成為亮眼的中國名片，再到突破關(guān)鍵技術(shù)、讓民族盾裝上“中國芯”，中國盾構(gòu)人一路走來，著實(shí)不易。12載春秋，中鐵1號(hào)到1000號(hào)，見證了以中鐵裝備為代表的中國企業(yè)艱苦攻關(guān)的奮斗史，更見證了國產(chǎn)盾構(gòu)從無到有、從有到優(yōu)、從優(yōu)到強(qiáng)的逆襲歷程。
歷史和實(shí)踐證明，技術(shù)封鎖、產(chǎn)品壟斷，只會(huì)讓我們更強(qiáng)大。只有掌握核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件，才不會(huì)受制于人。
造中國人自己的盾構(gòu)
200年前，法國工程師布魯諾爾從一種名叫“鑿船貝”的軟體動(dòng)物身上獲得靈感，提出盾構(gòu)掘進(jìn)隧道原理，發(fā)明了“開放型手掘盾構(gòu)”，并應(yīng)用于世界上第一條水底隧道——泰晤士河水底隧道，成為人類歷史上隧道施工的一大技術(shù)突破。
隨著工業(yè)化水平的不斷提高，機(jī)械力逐漸取代人力開挖。作為最先進(jìn)的隧道挖掘機(jī)械工具，盾構(gòu)機(jī)憑借快速、方便、安全的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、地鐵、市政、水電等多種隧道工程中，被譽(yù)為“工程機(jī)械之王”。盾構(gòu)技術(shù)也成為衡量一個(gè)國家裝備制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。
就在歐美日大力推動(dòng)盾構(gòu)技術(shù)升級(jí)的20世紀(jì)后半葉，基于大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而對(duì)盾構(gòu)機(jī)有巨大需求的中國，卻沒有一臺(tái)真正屬于自己的盾構(gòu)。
六七十年代，北京、上海等地的研究機(jī)構(gòu)，曾在盾構(gòu)機(jī)研發(fā)上取得一定突破。但受當(dāng)時(shí)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面條件制約，發(fā)展一直較為緩慢。
1996年12月18日，西安至安康的西康鐵路開始修建，其中經(jīng)過全長18.46公里的秦嶺隧道。為了保障安全、縮短工期，國家以每臺(tái)3.5億元的價(jià)格從德國采購了兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。結(jié)果挖掘效率大大提升，隧道提前10個(gè)月貫通。
“洋盾構(gòu)”有甜頭，但越往后問題越多。買的是舊機(jī)器，卻要按新設(shè)備付錢；機(jī)器維修保養(yǎng)時(shí)不許中方參加，還拉警戒線；維修進(jìn)度中方說了不算，完全取決于外方……“有次我們要加工一個(gè)簡單的拖車鋼結(jié)構(gòu)件，發(fā)現(xiàn)外方圖紙有錯(cuò)誤。因?yàn)椴皇窃O(shè)計(jì)方，只好催他們派人處理。但人家提出的條件是每天咨詢費(fèi)1萬元，還要負(fù)責(zé)所有的差旅食宿。”中鐵裝備設(shè)計(jì)研究總院院長賀飛表示。
沒有核心技術(shù)就沒有話語權(quán)，就會(huì)永遠(yuǎn)受制于人。從那時(shí)起，“造中國人自己的盾構(gòu)”便成為中國盾構(gòu)人的夢想。
時(shí)間進(jìn)入21世紀(jì)。為打破西方技術(shù)壟斷，2002年，“隧道掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究”被列入“863計(jì)劃”，成為國家級(jí)重點(diǎn)工程。由中鐵隧道集團(tuán)18人組成的盾構(gòu)機(jī)研發(fā)項(xiàng)目組也于當(dāng)年10月成立。
盾構(gòu)機(jī)研發(fā)涵蓋機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣等數(shù)十個(gè)領(lǐng)域，精密零部件多達(dá)3萬多個(gè)，一個(gè)控制系統(tǒng)就有2000多個(gè)控制點(diǎn)。“項(xiàng)目組沒有技術(shù)指導(dǎo)，從零起步，硬是從設(shè)計(jì)圖紙干起。僅是弄清刀盤刀具問題，我國就花了近5年時(shí)間。”賀飛說，為了印證數(shù)據(jù)，他們不斷前往施工現(xiàn)場求證，加班熬夜是家常便飯，通宵也是常事。
就這樣，啃了6年硬骨頭，在無數(shù)科研人員與專家學(xué)者的共同努力下，2008年，中國首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)——中國中鐵1號(hào)成功下線，后應(yīng)用于天津地鐵項(xiàng)目。至此，“洋盾構(gòu)”一統(tǒng)天下的局面被打破了。
民族盾有“中國芯”
雖然有了國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，但面對(duì)國內(nèi)10%的市場份額，不少人心里打鼓：國產(chǎn)盾構(gòu)能行嗎？
2012年1月，成都地鐵2號(hào)線、4號(hào)線開工建設(shè)。當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)復(fù)雜，漂石、砂卵石、涌水突出。在以往的地鐵施工中，所有盾構(gòu)都是國外品牌。“這并不是說進(jìn)口設(shè)備在施工過程中不會(huì)出現(xiàn)問題，而是在當(dāng)時(shí)，人們對(duì)我們自己研發(fā)的盾構(gòu)機(jī)還心存顧慮。”賀飛說。
歷經(jīng)3個(gè)多月的交流與溝通，中鐵裝備團(tuán)隊(duì)慢慢打消了設(shè)計(jì)、施工等單位的疑慮，最終采用“1+1模式”，即國產(chǎn)盾構(gòu)和進(jìn)口盾構(gòu)左右線同時(shí)始發(fā)。“這其實(shí)就給了我們一個(gè)同臺(tái)較量的機(jī)會(huì)，當(dāng)然要全力以赴！”此后，每名員工每天都緊張忙碌著，他們明白，這場較量不能輸。
10個(gè)月后，國產(chǎn)盾構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口盾構(gòu)，有力提振了中國盾構(gòu)人的信心。
類似的較量還有很多。今年8月7日，中國自主研制的15米級(jí)超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)克服孤石、基巖、8度地震烈度區(qū)等復(fù)雜施工條件，成功貫通汕頭海灣隧道。在與進(jìn)口盾構(gòu)東西線兩座隧道競技過程中，國產(chǎn)盾構(gòu)總掘進(jìn)用時(shí)少了兩個(gè)月。
近年來，超大斷面矩形盾構(gòu)、世界首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)、國內(nèi)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)、世界首臺(tái)聯(lián)絡(luò)通道專用盾構(gòu)、世界最大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)等新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。在與國外盾構(gòu)競爭中，國產(chǎn)盾構(gòu)在國內(nèi)市場的占有率達(dá)90%以上，占全球市場份額2/3，并將同類產(chǎn)品價(jià)格拉低40%。
“工欲善其事，必先利其器”。盾構(gòu)核心零部件關(guān)系重大，易被卡脖子。主軸承承擔(dān)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的主要載荷，是刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。但由于制造工藝復(fù)雜、原材料性能要求高、設(shè)計(jì)理論不成熟等原因，中國盾構(gòu)主軸承長期依賴進(jìn)口。
今年9月26日，在蘇州軌道交通6號(hào)線10標(biāo)項(xiàng)目現(xiàn)場，首臺(tái)采用國產(chǎn)3米級(jí)主軸承盾構(gòu)機(jī)“中鐵872號(hào)”順利始發(fā)，這是中國主軸承首次在軌道交通領(lǐng)域執(zhí)行地下掘進(jìn)任務(wù)。民族盾裝上“中國芯”，得益于盾構(gòu)/TBM主軸承減速機(jī)工業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)項(xiàng)目。
2015年7月，中鐵裝備聯(lián)合洛陽LYC軸承有限公司和鄭州機(jī)械研究所，成功申報(bào)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)國家強(qiáng)基工程。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與時(shí)間角力，和困難較勁，終于突破主軸承、減速機(jī)設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)。今年5月，中鐵裝備對(duì)通過試驗(yàn)檢測的首批國產(chǎn)化6米級(jí)盾構(gòu)3米主軸承、減速機(jī)進(jìn)行展示，標(biāo)志著中國盾構(gòu)核心部件國產(chǎn)化取得新的重大突破，將有效降低對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)口的依賴。
造世界最好的盾構(gòu)
要不斷提升中國盾構(gòu)的競爭力和影響力，就不能止步于國內(nèi)搭臺(tái)比試。
馬來西亞，是中鐵裝備邁出國門第一站。2012年，馬來西亞正在推進(jìn)MRT項(xiàng)目(馬來西亞捷運(yùn)線)。一期工程時(shí)，承包該項(xiàng)目的中鐵國際集團(tuán)馬來西亞公司主動(dòng)向馬方推薦中鐵裝備生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)。
然而，馬方對(duì)中國盾構(gòu)并不信任，直言不諱道：“你們?cè)谥袊龅煤茫诤Ｍ馐袌鰶]有經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)你們非常擔(dān)心。”即便如此，中方團(tuán)隊(duì)仍不停地往返于中馬兩國，向馬方介紹中國盾構(gòu)的發(fā)展歷程，并邀請(qǐng)他們來華實(shí)地考察。
“中國盾構(gòu)的發(fā)展速度令人驚奇！”這是代表團(tuán)考察后發(fā)出的感慨。隨后，馬方?jīng)Q定購買兩臺(tái)中國盾構(gòu)機(jī)，即“中鐵50號(hào)”“中鐵51號(hào)”。
施工中，“中鐵50號(hào)”曾遇到一塊20多米長的孤石，其硬度達(dá)到300兆帕，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出地質(zhì)報(bào)告所提的砂巖、泥巖不到80兆帕，但它憑借可靠的性能通過了考驗(yàn)。其兄弟“中鐵51號(hào)”表現(xiàn)也很突出，不僅先后穿越具有百年歷史的中央火車站等重要建筑物，將最大累計(jì)沉降量控制在3毫米內(nèi)，還創(chuàng)造了最高日掘進(jìn)21米的當(dāng)?shù)囟軜?gòu)施工新紀(jì)錄。
馬來西亞項(xiàng)目的成功，為中鐵裝備走向世界、迎接更大挑戰(zhàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2015年，黎巴嫩政府實(shí)施大貝魯特供水項(xiàng)目，以解決當(dāng)?shù)孛癖婏嬎y題。與之前大體型的盾構(gòu)機(jī)不同，此次工程要求的TBM直徑僅為3.53米。
2016年1月，中鐵裝備自主研制的兩臺(tái)世界最小直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)下線。這是黎方首次使用全自動(dòng)TBM施工，他們還專門為兩臺(tái)機(jī)器命名：“麗雅”“雅斯米納”，代表慷慨、正直、開放和勇敢、果斷、活力。
“我們?cè)僖膊挥觅徺I桶裝水喝了！”2018年3月2日，隨著工程2號(hào)隧洞最后一片巖塊轟然碎地，在場的當(dāng)?shù)孛癖娨黄瑲g呼。2019年，整個(gè)引水隧洞項(xiàng)目投入使用，基本解決貝魯特用水問題，約160萬人從中受益。
準(zhǔn)確滿足各國客戶需求，是更好走出去的關(guān)鍵。2019年8月，兩臺(tái)由中鐵裝備研發(fā)制造的盾構(gòu)機(jī)出口丹麥，應(yīng)用于哥本哈根CRSH1地鐵項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)中國盾構(gòu)首次進(jìn)入北歐。
在歐洲，丹麥被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)高、制度嚴(yán)，該項(xiàng)目由兩家世界頂級(jí)土建承包商承包。“他們有非常豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于安全高效施工，有著自己的理解，所以對(duì)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)方案也有很多細(xì)節(jié)要求。”中鐵裝備副總經(jīng)理張志國談到，我們堅(jiān)持以客戶關(guān)注為焦點(diǎn)，定制化打造盾構(gòu)機(jī)，往往更容易受到海外市場青睞。
目前，中鐵裝備的盾構(gòu)機(jī)已出口至全球21個(gè)國家和地區(qū)，連續(xù)3年產(chǎn)銷量世界第一。“中國盾構(gòu)已實(shí)現(xiàn)從‘跟跑’向‘并跑’和部分‘領(lǐng)跑’的轉(zhuǎn)變，未來要在智能化上更進(jìn)一步，讓整個(gè)隧道實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建造，這是我們努力的方向。”賀飛表示。