中国铁建入选《国家工业密码》：中国盾构机的“翻身仗”

盾构机是如何工作的？中国盾构机是如何实现从0到No.1的？《流浪地球》里的“地下城”能实现吗？……

今天，中国铁建硬核入选由国务院国资委新闻中心主办，新华网、云听APP、喜马拉雅APP、机械工业出版社联办的《国家工业密码》有声故事第十八集《从0到No.1，中国盾构机打了场“翻身仗”》。

有一个5000多年前就有人类繁衍生息的地方，至今还没有通上火车。它坐落在中国东海海域，是中国的第一大群岛，如今，每年还有超5000万游客登岛，它就是舟山群岛。

舟山群岛

舟山对火车有多向往？从一个事例可见一斑：虽然岛内没有铁路，但却放着一列“南洞功勋号”火车，还成为网红打卡地。

“南洞功勋号”火车

火车想要开上群岛，首先要挑战的就是金塘水道。没错，就是那条进出世界第一大港——舟山港的黄金通道，每年都有上万艘运输船经过此处。

既要通火车，又不能影响十万吨级以上的船舶自由进出，怎么才能做得到？换个维度看问题。敢于想象的中国工程师们把目光投向了海底，决定用盾构机在海底掘出一条高铁隧道。

金塘海底环境非常复杂，看似松软的泥沙之下，其实还暗藏着连绵不绝的“山脉”，要在金塘海底挖一条全球最长海底高铁隧道，难度非同寻常。

由中国铁建承建的金塘海底隧道纵剖图

2024年5月，由中铁十四局、中铁十一局建设的甬舟铁路金塘海底隧道开始相向盾构掘进，犹如“孪生兄弟”的“甬舟号”和“定海号”盾构机将在未来的3年内，奔赴万米，在78米深的海底相会。

由中国铁建研发的“甬舟号”盾构机

由中国铁建研发的“定海号”盾构机

中国建设者何以有勇气挑战这样的世界难题？那就要说到为“基建狂魔”立下汗马功劳的重器——盾构机。

从无到有，开启属于中国的盾构时代

上天有神舟，下海有蛟龙，追风有高铁，入地有盾构。

如今，那些世界最深、最长、最大的超级工程中，都有中国盾构制造和施工技术的身影。

盾构机是如何工作的呢？我们可以把盾构机比喻成“钢铁蚯蚓”，巨大的刀盘就是它的头部，密密麻麻的刀具就是它的牙齿，刀盘在前方“啃泥噬岩”向前掘进，身后环环管片拼装，对隧洞起支撑作用，盾构机走过隧道成型。

200年前，法国工程师布鲁诺尔“灵光一闪”，从凿船虫得到灵感，发明了盾构机，并成功修建了泰晤士河隧道。但直到十几年前，我国盾构机制造领域几乎还是一片空白。

1997年，为了建设西康铁路秦岭隧道，中国第一次进口了两台德国盾构机。盾构机施工不仅效率大幅提升，而且施工过程安全性大大提高。但是，在享受安全高效的同时，我们也不得不接受将近七个亿的高昂设备费用。

2006年之前，中国就从国外进口了130多台盾构机，花费上百亿！中国希望在盾构领域打一场“翻身仗”。

2002年，盾构机被列入国家“863”计划，开始了关键核心技术攻关。

2004年，第一台由中国人自己设计制造的盾构机诞生。

再到2020年9月，国产首台16米级盾构机“京华号”在长沙问世，中国盾构机制造有了大的跨越。

由中铁十四局联合铁建重工研发的国产首台16米级“京华号”盾构机下线

从有到优，掌握巨兽“换牙”黑科技

仅仅数十年的时间，盾构机的发展创造了超乎想象的“中国速度”。但你可知道，从0到1、从1到N的中国盾构机，一次次的创新与迭代背后，是央企建设者们从实践中一点点摸索来的，卡脖子技术也要自己一项一项去攻破。

2005年，由中铁十四局承建的南京长江隧道的修建备受瞩目，被称为“万里长江第一隧”。掘进到600米时，引进的盾构机参数突然异常，开始“罢工”。原来是盾构机刀具被磨掉，刀盘部分结构也被磨没了！盾构机没有了“牙齿”，甚至“牙床”也受到了影响。

事实上，盾构机的刀具，要针对地形“量身定制”。面对长江底下的卵石地层，中国十四局建设者分析了刀具的设计原理，重新设计出了一款“更耐磨”的合金刀具，再次启动盾构机后，可以一口气挖掘400米不换刀，比原装刀具耐用率提高了8倍。

自主研发刀具和原装刀具掘进对比图

但面对“复杂多变”的“长江”，这样的改造还不够。更换刀具，以往都是带压进仓，这需要繁琐的加压、减压操作，被业内称为“刀尖上跳舞”。

盾构机制造之初，中国十四局建设者就提出常压换刀的设想。在这场危机的处理中，他们更是一马当先，在常压环境下完成刀具更换，第一代常压换刀技术至此诞生！

此后十年，他们又研发出第二代、第三代换刀技术，应用范围更广、操作更加便捷。

如今，更是在“智能化”加持下攻坚机器人换刀技术。

由中国铁建研发的四代换刀技术

从优到强，大盾构有了全球最强“中国心”

从落后百年到全球领先，我们仅仅用了十余年时间，但中国盾构机真的就“无敌”了吗？并非如此。盾构机全面自主化的“最后一环”——主轴承依然需要攻克！如果将盾构机比作一个人，那么主轴承堪比心脏。主轴承长期以来依赖进口，就如同“心脏”被攥在别人手心。

2023年10月，由铁建重工自主研制的直径8.61米盾构机主轴承在长沙下线，这是迄今全球直径最大、单体最重、承载最高的整体式盾构机主轴承，国产盾构机主轴承也实现了从中小直径到超大直径型谱的全覆盖，国产大型盾构机全面国产化指日可待。

由铁建重工研制的直径8.61米盾构机主轴承在长沙下线

不仅如此，浪漫的中国工程师还为盾构机设计了不同的皮肤。京剧脸谱，熊猫、醒狮、麒麟……国潮元素与大国重器巧妙结合，彰显着地域特色，使工业机器充满了灵魂和生命，成为中国品牌的“代言人”，向世界讲述着中国故事。

不同涂装的盾构机刀盘

一条条隧道构成的市政网络、地下交通正慢慢形成，更深层次的地下空间迎来高速发展，相信在未来，《流浪地球》里的“地下城”将不再是科幻。

而千伏电压横卧长江、高铁飞驰百米海底、铁路上岛通达世界，如今还有更多的科幻场景在盾构家族的掘进下成为现实。

责任编辑：LuYue