“石头上挪豆腐” 长沙自主研发“钻地龙”解密

11月20日上午，铁建重工技术人员开始对首台国产铁路大直径盾构机进行拆分。几天后，这个开挖直径8.8米、总长100米的“开路先锋”将运往广东，服务于广珠城际轨道交通线。

除了盾构机，湖南还有多种地下工程机械的研发水平在国内甚至国际上处于领先。山河智能研发的旋挖钻机和系列掘进机，中联重科研发的地下连续墙液压双轮铣槽机等产品也以先进的技术，积极抢占省外甚至是国外市场，展现工程机械湘军的强劲实力。

壹   长沙盾构机“打败顶级洋货”

许多长沙人并不太清楚，地铁施工中最主要、最关键的盾构掘进施工，在其他城市都有国外技术装备的参与。

几年前，国内盾构机市场还被西方国家把持。但长沙在过去几年里打破了这种垄断格局，地铁施工全部采用本土的技术与装备，成为全国目前唯一地铁施工全部使用国产盾构掘进成功的城市。

自主研发冲破技术封锁

受制于人，是以前国内隧道施工企业对隧道掘进盾构技术的感受。当时每台盾构机售价在1.5亿元左右，利润高达40%以上。更让人受气的是，在使用过程中刀片和零部件的更换，不但要价高得离谱，更换零部件要等3个月，上门服务费从维修人员离开所在国开始计时……

2008年，铁建重工落户长沙经开区后，下决心打造具有自主知识产权的“钻地龙”，与国际品牌一决高下。为了挖到程永亮这位国内盾构领域的元老，铁建重工负责人那年到河南“三顾茅庐”，给了他全集团最高的工资待遇，职务连升三级，并让这个只有本科学历、中级职称的年轻技术人员，去管理一支包括6名博士生在内的400多人的创新团队。

此后，国家“863”计划和国家科技支撑计划大手笔扶持。湖南省及长沙市科技重大专项资金接连跟进。

电气，是盾构机的控制系统。铁建重工将油浸式变压器改成箱式变压器设计，结构集成更强，防护级别更高，解决了国外盾构产品空间受限的问题。

液压，是盾构机的“大脑”和“神经”。铁建重工选用标准产品，用户使用方便，市场价格低。

机械，是盾构机刀盘运作是否安全和效率高低的关键。铁建重工打破传统的设计理念，将刀盘的开口率提高20％，既节电节能，提高了刀盘的使用寿命，又确保人员安全施工。

短短两年，铁建重工自主研发的首台盾构机“开路先锋19号”成功下线，国产化率达到87％，创造了中国盾构机自主知识产权的最高纪录。

在长沙地铁盾构机的竞争中，铁建重工的盾构方案有着绝对优势。对长沙地层高度吻合适应，低碳、环保、声音小、安全性高，专业的售后解决方案，而且每台盾构机的价格明显低于国外同等配置的产品。最终，长沙地铁施工所需的盾构机，全部从铁建重工“团购”。长沙，成为国内第一个城市地铁由中国自主建造的城市。

攻克地铁施工世界难题

10月11日上午11点，盾构机在五一广场地铁站地下缓缓显露刀盘，长沙地铁1号线最后一段区间至此贯通。1号线全线隧洞实现贯通，明年试运营。这是铁建重工造盾构机继去年助力长沙地铁2号线贯通后顺利贯通的第二条线。

长沙地铁营盘路站到五一广场站之间的盾构区间虽然只有840米长，但却集众多难点于一身，特别上软下硬的地层全断面富水砂砾、浅覆土埋深施工，如果施工技术控制不当，将引起地表沉降、地下管线的破坏、地表建筑物(或构筑物)倾斜甚至倒塌等事故。这些都是地铁施工的“世界性难题”。

针对在软层施工如同“石头上挪豆腐”、掘进方向易发生偏差等问题，盾构设计通过优化主驱动的扭矩——功率曲线，同时利用导向系统控制盾构机的掘进方向，提高了盾构机在局部不良地段的快速通过能力。基于信息传感与融合技术，精心制定施工方案，降低了地表沉降的波动幅度。

“长沙现象”成为范本

今年4月25日，为天津地铁6号线设计生产的盾构机在中国铁建重工通过验收，不久后就开赴工地。“几乎现在所有正在建地铁的城市都在用我们的盾构机。”铁建重工总机械师何其平说。

中国铁建重工副总经理程永亮介绍，他们自主研制的具有完全自主知识产权的高端盾构近3年占据国内国产盾构的“半壁江山”，年产量和市场占有率目前国内第一，拥有世界上最先进的道岔、弹条扣件生产线，占据国内三分之一的市场。

而长沙盾构设备冲破国外封锁，让国际盾构巨头不得不放低了身价，从1.5亿元的售价，降到了4000万元。程永亮说，自主研发，争取市场话语权，让国家节约了大量资金。

长沙成为国内第一个实现在地铁施工中，全部采用国内自主品牌盾构机的城市，被业内称为“长沙现象”。这一现象为增强国内盾构企业的综合实力，提升自主创新能力，提高我国重大装备在国际上的话语权提供了值得借鉴的范本。

据悉，长沙地铁2号线和1号线建设共使用铁建重工的盾构机24台次，节省成本上亿元。目前，烙上“铁建重工”名片的“钻地龙”已在北京、上海、广州、武汉、西安等20多个城市施工，市场占有率跃居国内自主品牌第一位。

贰   高效旋挖钻机让国际同行刮目相看

因地铁途经站点大多处于市区繁华地段，在修建地铁通道和地铁站时，需要运用安全、环保、高效的施工设备。山河智能自主研发的多功能旋挖钻机和系列掘进机因为具备上述优势，受到不少施工单位青睐。

旋挖钻机在新加坡“亮剑”

正在修建的长沙地铁3号线，不少站点修建地铁站时使用了山河智能的旋挖钻机。“旋挖钻机效率高，两个小时打成一个孔，一天能打5到6个。”在3号线工地上施工的张师傅刚刚20岁出头，但已经是操作旋挖钻机的老手。他表示自己所在标段都使用旋挖钻机打承压桩孔，直径一米的孔要旋挖15米深，4公里左右标段就要打400多个孔。

“旋挖钻机的研发难点之一在于优化机械总体布局，既要让钻机作业有力，又要保证钻机平稳性。”山河智能副总工程师郭勇称，国外采用挖掘机通用底盘的钻机只能在履带前进方向45度左右的区域内施工，而山河智能旋挖钻机采用自主研发的伸缩式专用底盘，稳定性更好，可360度旋转，全方位施工，使施工范围增大，作业能力也强于同类钻机。

因为性能优异，去年山河智能旋挖钻机中标新加坡地铁建设项目。这年山河智能的旋挖钻机虽然比国外同类机械晚一个月进入施工现场，却比其他国家至少提前一个月完成地铁站台建设任务，让国际同行刮目相看。

物美价廉的“穿山甲”

盾构机虽然施工效率高，但存在造价高，灵活度差等特点，适合于长距离的地铁施工。因此国内不少城市在修建地铁特别是距离不长或弯曲复杂的地铁时，使用掘进机作业。山河智能研发的系列掘进机，以前常用于煤矿巷道挖掘施工，因为具有灵活调整掘进方向、成本低等优势，因此进入越来越多的地铁和隧道施工场地。

“一台盾构机往往售价数千万甚至上亿，但掘进机售价只要300万到400万元。”山河智能副总工程师郭勇介绍说，掘进机可切削岩层，对周围岩层破坏少，使洞壁光滑完整，所以掘进速度快、效率高，超欠挖少，能节约大量衬砌费用。“不少城市地铁和隧道是分段修建，有的标段不是太长。对这些项目而言，选择掘进机比盾构机更划算。”

叁   工程机械成长沙工业主导产业

经过20余年的创新，工程机械产业已是长沙最具核心竞争力的工业主导产业。湖南工程机械也成为湖南机械产业中第一个过千亿元的子产业，是全省规模以上工业的支柱行业，去年实现利润总额60.78亿元。

目前，中国工程机械已经形成了六大生产重镇，分别是徐州、长沙、常州、厦门、济宁、柳州。而徐州、长沙和常州又是重中之重，2014年，长沙市工程机械及配套件产业产值突破2000亿元，工程机械设备出口占全国工程机械装备出口的7.5%，形成了以中联重科、三一集团、铁建重工等企业为龙头的制造群体。

2015年6月10日，中国机械工业联合会、中国汽车工业协会联合发布2014年度中国机械工业百强，三一集团、中联重科、江麓机电集团、中国铁建重工集团、山河智能5家湘籍企业入围中国机械工业百强。湖南的三一集团和中联重科分列榜单第五位和第六位，去年主营业务收入分别为737亿元和637亿元。其他湘籍企业中，主营塔式起重机、液压挖掘机的江麓机电排名第67位，国内盾构机龙头企业中国铁建重工集团排名第74位，山河智能排名第96位。

责任编辑：Alice