為什麼中國盾構機全球最先進？

又一臺最大盾構機誕生，中國盾構機三大厲害之處是哪些？

中國被世界稱為基建狂魔，近日再添盾構利器，最大盾構機在長沙下線！此盾構機直徑16。07米，命名“京華號”，將用於北京東六環改造工程，重4300噸、長150米，一次性開挖隧道斷面近6層樓高，

是當之無愧的

的國之重器！

刀頭塗裝

十分漂亮的

紅色京劇臉譜，代表忠勇義烈，

該裝置的成功研製有力鞏固了國產超大直徑盾構機核心技術自主可控能力！

盾構機行業通常把直徑12米及以上的盾構機劃分為超大直徑盾構機。這種尺寸盾構機集機械、電氣、液壓、資訊、感測、光學等尖端技術於一體，對於盾構機裝置的可靠性要求極高。

本次“京華號”應用了常壓換刀、伸縮主驅動、高效大功率泥水環流系統、高精度開挖面氣液獨立平衡控制等多項核心技術；同時創新搭載了管環收斂測量、管環平整度檢測、同步雙液注漿等系統裝置，使高強度、高風險、高汙染的隧道掘進作業轉變成相對安全、高效的綠色施工模式。

盾構機是大國重器，但仍然有很多人不明白什麼是盾構機，下面介紹一下：

盾構

機是

隧道

掘進機

簡稱。

用大白話來講就是挖隧道的機器，用正規語言來講就

是一種隧道掘進的專用工程機械

。盾構，

這個詞是由兩個單詞構成的。盾+構，簡單來說，盾就是前面支撐開挖面的穩定體系，相當於拿著盾牌保護；構就是在盾的保護下，後面的構築地下結構的體系，相當於把家裡的毛坯房貼上瓷磚、吊頂裝修、安全性加固、美觀。

現代盾構掘進機技術非常複雜，它是集光、機、電、液、感測、資訊科技於一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，裝置涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，並且需要按照不同的地質條件進行“量體裁衣”式的設計製造，可靠性要求極高。

（襯砌指的是為防止圍巖變形或坍塌，沿隧道洞身周邊用鋼筋混凝土等材料修建的永久性支護結構。襯砌技術通常是應用於隧道工程、水利渠道中）

盾構機被稱之為機械工程之王

！

盾構掘進機的具體用途非常廣泛：常用於地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始於英國，發展於日本、德國。

盾構機工作原理：

盾構機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼元件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體元件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。

盾構機的工作步驟：

一、盾構機的掘進

盾構機的液壓馬達驅動刀盤旋轉，同時開啟盾構機推進油缸，將盾構機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到皮帶輸送機上，後由皮帶輸送機運輸至渣土車的土箱中，再透過豎井運至地面。

二、掘進中控制排土量與排土速度

當泥土倉和螺旋輸送機中的碴土積累到一定數量時，開挖面被切下的渣土經刀槽進入泥土倉的阻力增大，當泥土倉的土壓與開挖面的土壓力和地下水的水壓力相平衡時，開挖面就能保持穩定，開挖面對應的地面部分也不致坍坍或隆起，這時只要保持從螺旋輸送機和泥土倉中輸送出去的渣土量與切削下來的流人泥土倉中的渣土量相平衡時，開挖工作就能順利進行。

三、管片拼裝：盾構機掘進一環的距離後，拼裝機操作手操作拼裝機拼裝單層襯砌管片，使隧道可以—次成型。

通常管片拼裝成一個圓環固定在地道壁上。這時盾構機配套系統輸進漿液並主動灌注在地道壁與管片之間，再經工人手工把持，將管片與管片之間用螺栓固定住。接下來，盾構機將繼續向前推動1。2米左右，也就是一環管片的長度，這時候盾構機上的油缸主動縮短留出貼上管片的空地，另外一個新管片便可以頂在已安裝好的管片上，按照這樣一個頂著一個下往，最終一個圓形的地鐵地道骨架便搭建成了。

比如英吉利海峽隧道的最高盾構掘進記錄為428米/周，平均掘進速度約為150m/周，正常情況下，盾構機是24小時不停機執行的，只有換刀、機械檢修或其他意外情況時，盾構機才會停機。這樣預算下來，英吉利海峽隧道最快掘進速度應該在3-5m/小時之間。

比如青島西海岸新區首臺盾構機——地鐵1號線西海岸新區安安區間（安子東站至安子站）盾構機從安子東站出發掘進。據瞭解，盾構機以每天9米至10。5米的速度沿新港山路及長江東路向安子站掘進。

瀋陽地鐵九號線汪河路站盾構施工現場，“行健號”盾構機10天掘進70米！

盾構機的發明者——布魯內爾

。

專家一致的觀點是布魯內爾是第一個註冊了盾構專利，並在泰晤士隧道修建中得到應用，但媒體對於布魯內爾的介紹相對比較模糊，一種說法是法國工程師布魯諾爾，另外一種稱英國工程師布魯內爾。

其實，布魯內爾有兩個人，他們是父子關係。

父親馬克·伊桑巴德·布魯內爾（Marc Isambard Brunel，1769—1849年），是鑽挖式隧道掘進機專利技術的聯合申請人，通常稱他為盾構專利的發明人，他對於盾構機的發明靈感來源於船蛆。

兒子伊桑巴德·金德姆·布魯內爾（Isambard Kingdom Brunel，1806—1859年），是英國的工程師，在2002年英國廣播公司舉辦的“最偉大的100名英國人”評選中名列第二，僅次於英國首相溫斯頓·丘吉爾。

另外一種說法，

最早進行研究

盾構機的

的是法國工程師M.I.布律內爾，他由觀察船蛆在船的木頭中鑽洞，並從體內排出一種粘液加固洞穴的現象得到啟

示

，在1818年開始研究盾構法施工

；

1825年在英國倫敦泰晤士河下用一個矩形盾構建造世界上第一條水底隧道

。 在施工過程中遇到很大阻力，並且兩次被河水淹沒，直到1835年，使用了改良後的盾構裝置，最終才於1843年完工。

其後，P。W。巴洛在1865年在泰晤士河底，用一個直徑2。2米的圓形盾構建造隧道。1847年在英國倫敦地下鐵道城南線施工中，英國人J。H。格雷特黑德第一次在粘土層和含水砂層中採用氣壓盾構法施工，並第一次在襯砌背後壓漿來填補盾尾和襯砌之間的空隙，創造了比較完整的氣壓盾構法施工工藝，為現代化盾構法施工奠定了重要基礎。

盾構法

，

是一種全機械化的隧道施工方法，

是

透過盾構外殼和管片支承四周圍巖防止發生

岩土

坍塌

。同時，在開挖的前方用切削裝置進行岩土的開挖，然後透過運土機械裝置把土渣外運出洞，並且依靠千斤頂在後部進行加壓頂進，並拼裝預製混凝土管片，形成隧道結構的一種機械化施工方法。

由於盾構施工技術對環境影響很小而被廣泛地採用，得到了迅速的發展。盾構法隧道施工在地鐵的開挖中應用最為廣泛。

在實施盾構法隧道施工工作中，必須熟悉和掌握施工質量及監控重點，從而保證工程質量。盾構法施工的內容包括盾構的開挖、到達、盾構掘進、襯砌、壓漿和防水等。

目前，國內的

隧道掘進裝置市場的佔有率

可

達到90%以上，在全球市場上佔據三分之二以上的

市場

份額。

國內盾構機的六大主力分別是：

鐵建重工、中鐵裝備、中交天和、上海隧道、三三工業、北方重工，

這六家成為

中國6大盾構

機領先企業。

1、

鐵建重工

：中國鐵建重工集團有限公司成立於2007年，隸屬於中國鐵建股份有限公司，是集高階地下裝備和軌道裝置研究、設計、製造、服務於一體的專業化大型企業。這家企業建立了掘進機、特種裝備、軌道裝置、磁浮裝備四大產業板塊，掌握了多項具有世界領先水平和自主智慧財產權的核心技術，連續多年主要經濟指標以30%的增長率在快速增長。

2、

中鐵裝備

：

是中國中鐵股份有限公司的直屬子公司，是專業從事隧道掘進機（盾構機和硬巖掘進機）研發製造和技術服務的大型國有企業。2014年7月，首創矩形盾構應用於鄭州市政取得成功，之後又應用於新加坡地鐵專案，成為國產異形掘進機走向海外的首個成功案例。2015年1月，研製出具有完全自主智慧財產權的國產硬巖掘進機，推動這一技術成功躋身世界第一方陣。

2016年1月，3。5米世界最小直徑硬巖掘進機研製成功，應用於黎巴嫩大貝魯特供水專案等，這是中國自主品牌硬巖掘進機首次被歐美等國家採用，成為中國“智”造高階裝備走向成熟的重要標誌。在與世界掘進機頂尖品牌全面對標過程中，中鐵裝備在國際頂尖品牌企業的非標產品標準化設計、先進製造工藝、高效質量控制體系等方面具有很大優勢。

值得一提的是，中鐵裝備研製的兩臺大直徑土壓平衡盾構機在鄭州下線。這兩臺盾構機是為修建法國巴黎地鐵訂製的。這是中國盾構機第一次反向出口到世界盾構機的發源地和製造強國，中國掘進機自此順利進入全球頂級高階市場，打破了國外掘進機企業對高階市場的壟斷。豈不知，法國是世界盾構機的發源地，法國也一直是世界盾構機制造的大國和強國。

巴黎地鐵一直以高標準、高定位、高水準聞名於世，此次中鐵裝備透過與義大利和法國知名企業密切合作，成功以創新技術、過硬質量及高品質服務贏得客戶的認可，成為進入大巴黎地鐵的第一家中國掘進機企業。

3、

中交天和

：中交天和機械裝置製造有限公司系國資委下屬中國交通建設股份有限公司成員公司。2012年，中交天和設計製造的φ14。93m“天和號”超大泥水氣壓複合盾構投入南京緯三路過江隧道使用，集成了世界上各項成熟技術，具有世界領先水平，先後獲得“國家重點新產品”、“中國機械工業科學技術獎一等獎”和“工業和資訊化部中國首臺套科技成果鑑定”等殊榮，打破了國外盾構對中國超大盾構領域的壟斷，具有劃時代的意義。

公司研製的直徑14。93米超大直徑盾構機榮獲中國機械工業科學技術一等獎、蘇州市科學技術一等獎、國家工信部首臺套鑑定等多項榮譽，公司成為國內超大直徑盾構機制造的先行者，國內唯一研製成功超大直徑盾構機的製造商。

4、

上海隧道

：上海隧道工程有限公司機械製造分公司，是具有國家特級總承包資質、機電裝置安裝一級資質的上海隧道工程有限公司全資直屬企業。

上海隧道自1958年在上海塘橋進行盾構研製試驗開始，一直堅持自主創新。上海隧道是盾構隧道技術創新的先行者。

1967年，自行設計製造了國內第一臺Φ10。22m網格擠壓盾構，應用於中國第一條越江隧道——

上海打浦路越江隧道施工，打破了外國專家“在上海挖掘隧道就好比在豆腐裡面打洞”的預言。

1988年，自行研製Φ4。35m加泥式大刀盤土壓平衡盾構，併成功應用於上海南站過江電纜隧道盾構工程，獲得了國家級科技進步一等獎。國內首條城市軌道交通類矩形盾構法隧道在寧波軌道交通3號線貫通，這意味著由隧道股份上海隧道研發製造的世界最大斷面、中國首臺類矩形“陽明號”盾構首秀成功。

5、

三三工業

：

遼寧三三工業有限公司是科技型民營裝備製造企業，主導產品為大型超大型數控機床、盾構機/TBM隧道掘進機等。2014年12月8日，

由遼寧三三工業有限公司自主研製的複合盾構在深圳地鐵9號線工程中成功穿越了世界罕見的樁基群，

成為中國首臺受CCTV2關注穿越房屋樁基群的複合盾構，體現了我國高水平的盾構製造和盾構施工技術。

2016年11月，遼寧三三工業有限公司與伊朗客戶簽訂了直徑9。5米複合式土壓平衡盾構機銷售合同，這是中國首臺大直徑複合盾構機出口海外市場，彰顯了三三工業在大直徑超大直徑盾構機制造領域的國際領導地位，昂首邁入了伊朗城市基礎設施建設的核心供應商行列。

6、

北方重工

：北方重工集團有限公司，是在瀋陽重型機械集團有限責任公司和瀋陽礦山機械（集團）有限責任公司合併重組的基礎上組建的國有獨資公司。

2007年7月27日，北方重工集團有限公司以絕對控股方式成功併購了德國維爾特控股的法國公司。這標誌著北方重工擁有了世界上最先進的全系列隧道掘進機的核心技術和知名品牌，意味著北方重工躋身於國際化市場的前列，躍居世界級盾構機制造基地行列，成為了跨國經營企業。

2015年4月15日，亞洲最大的土壓平衡盾構機在北方重工集團有限公司產成。刀盤直徑14。1米、總重量3370噸，全長110米，這臺被譽為亞洲最大的“地下航母”土壓平衡盾構機，是法國布依格公司總包的專案，也是企業近年來承製的最大的盾構機，為香港蓮塘公路隧道工程量身定做，這臺盾構機的產成，再一次填補了國內空白，標誌著

北方重工已步入掘進機研發製造世界尖端行列，成為中國製造走向高階的標誌。

國外的盾構機著名公司：

據不完全統計，目前國外盾構機的主要製造廠有18家，幾乎集中在日本和歐美髮達國家，比如日本三菱重工、川崎重工、小松製作所、日立造船、石川島播磨重工；德國的海瑞克公司、維爾特公司，美國的羅賓斯公司，加拿大的羅法特公司等。每個公司都可根據不同的地質條件和不同的工程專案、不同要求和設計、生產出不同直徑、不同型別、特殊要求的盾構機，以滿足客戶的需要。

一、

日本三菱重工（MitsubishiHeavyIndustries,Ltd.）

日本三菱：具有100多年曆史的企業集團，其下屬的直系企業有29家，三菱重工是其中的一家，其為全球各地提供軟、硬土盾構掘進裝置的建設機械部是三菱重工旗下神戶造船所的一個分支。

從1939年製造日本第一臺手掘盾構機開始，一直到2003年神戶造船所一共製造了1608臺盾構機，其中包括土壓平衡、泥水平衡、雙圓、三圓、MMST等各種型別，數量和種類可謂世界第一，技術位居全球之首。

比如英法海峽交通隧道用的盾構機，其中兩臺是該公司製造的。再比如為法國里昂地區提供直徑為11m的土壓平衡式盾構機，還有為上海延安東路第二條過江隧道工程生產泥水加壓式盾構機，為東京灣海底隧道生產了直徑14。14m的泥水加壓式盾構機等。

二、

日本小松製作所（KomatsuLtd.）

成立於1921年的日本小松製作所（株式會社）是跨行業領域的跨國集團公司，至今有80年曆史。集團公司是由包括小松公司在內的142家公司組成。

公司主要產品除了始終處於世界領先地位的建築工程機械、產業機械以外，同時還涉足電子工程、環境保護、工程事業、土木工程、運輸、流通機械、金屬材料製造和銷售，軟體以及金融、服務業等高科技領域。其隧道工程機械包括盾構機、岩石掘進機和頂管機。

三、

日本川崎重工（KawasakiHeavyIndustries,Ltd.）

川崎重工創立於1896年10月15日，是從造船起家的日本著名公司，在全球現代航海技術中處於領先的地位。同時也是機器人生產的先鋒廠家。

曾生產出1200多臺軟巖和硬巖挖掘機，比如東京市神田川地下調蓄工程用的直徑為13。94m的盾構機；比如東京灣海底隧道14。14m直徑的盾構機；再比如英法海峽隧道開挖用的盾構機，以及上海地鐵隧道用的盾構機等。

四、

德國海瑞克（HerrenknechtAG）

馬丁·海瑞克先生1977年創辦了海瑞克公司；作為隧道盾構機裝置生產商，海瑞克公司裝置尺寸完全，能適應各種地質狀況。在裝置覆蓋範圍方面來說，海瑞克公司在全球獨一無二的。其擁有直徑從4，000mm到15，440mm用於公路、鐵路、地鐵及輸水隧道施工的大直徑機器到外徑僅100mm的全自動微型隧道掘進機、房屋管件連線裝置和水平定向鑽裝置。盾構機非常適用於從軟質、含水非粘性地層到抗壓強達到300MPa的硬巖的各種地質條件。尤其是在大直徑隧道掘進機技術方面，海瑞克公司在長距離隧道和高工作壓力施工上具有豐富經驗：

在25年的隧道施工行業中，海瑞克公司一直是一些重大隧道工程的TBM供應商。在荷蘭西西爾德、瑞典哈蘭德拉斯、馬德里、巴塞羅那、易北河等隧道工程中都發揮重要作用，尤其是在中國參與完成了香港、北京、天津、廣州、深圳、南京、重慶等城市的地下隧道及越江隧道工程。

五、

美國羅賓斯公司（ROBBINS）

美國羅賓斯公司是一家從事地下挖掘裝置的設計，製造，銷售和租賃等業務的公司，專門生產各種挖掘材料，包括提供與傳統的“鑽孔爆破”方法完全不同的在堅硬的岩層進行機械作業的方法。羅賓斯公司的主要產品是全斷面隧道掘進機（TBMs）。

羅賓斯公司曾經設計製造了超過250套全斷面隧道掘進機（TBMs）。羅賓斯的裝置質量可靠性非常好。

六、

加拿大羅浮特公司（LOVAT）

加拿大羅法特公司成立於1972年，在傳統的盾構機設計上處於全球領先地位。尤其擅長於風化岩石、混合土質、軟土、土壓平衡式和泥水式盾構機的製造，開挖盾構直徑從0。75米到17米。LOVAT盾構機具有高精技術和更可靠的施工安全性及質量特點。此外，LOVAT是唯一能提供從盾構機的全面設計、製造、檢測和試驗的公司。

七、

德國維爾特Wirth法NFM集團

德國維爾特公司1895年建立，1965年以來生產全斷面隧道掘進機（TBMs）。大約90%的產品出口，產品銷售超過了60個國家和地區。NFM技術公司是一家法國的實業公司，於2001年11月1日加入德國維爾特公司。

1.

國產盾構機

厲害之處——獨特技術：

目前，全球2/3的盾構機都是中國製造。2019年2月份，日本一家建設公司，曾經簽收了兩臺中國產的盾構機。這2臺機器將被運到新加坡去修地鐵。值得一提的是，日本是與德國美國並駕齊驅的盾構機制造傳統強國，反過來買中國的盾構機充分說明在盾構機制造上，中國製造水平及技術已經領先全球。

根據資料顯示，中國盾構機制造六大巨頭中，僅中鐵裝備一家的盾構機曾經的訂單就達到868臺。2017年和2018年，中鐵裝備的盾構機產銷量都是世界第一。不光是產銷量巨大，全世界首臺馬蹄形盾構、全球最大的矩形盾構等等最先進技術和產品都來自中國。中國僅僅用了十幾年的時間，實現國產盾構機從最初的低端模仿，發展到了全球領先的技術。

一個典型的案列：在南京緯三路過江隧道施工中，由於長江下面的地質是上軟下硬，屬於世界上最複雜、施工最困難的地質。盾構機國外價格非常高，購買兩臺盾構機要14億元，而且一分錢也不降價。最終中國自力更生，在2015年7月“天和號”研究成功、破土而“出”，南京緯三路過江隧道全線貫通。當時研究出來的盾構機是全球最先進、直徑最大、難度最高的盾構機！

2、

中國盾構機的厲害之處——價效比：

國際上的盾構機往往分為三個流派：美國的盾構機尤其擅長硬巖的挖掘、德國的盾構機施工的適用性特別好，日本的盾構機做工精巧工藝水平高。但盾構機已成了中國製造的天下。

原因是中國造的盾構機，集三大流派之長，尤其是價格便宜，不但便宜重要的是好用，因此，在全球市場受到追捧。現如今，中國製造的盾構機佔到全球市場份額的2/3，國內市場佔比90%以上，而且中國盾構機的物美價廉把國外產品的價格拉低了大約40%。

想當年。中國在1997年才第一次從德國維爾特公司買了兩臺敞開式盾構機，一臺價格高達3億元！ 價格昂貴，而且出了故障只能停工，等外國工程師來修，除支付外國技術人員每人每天3000美元的薪水，在技術上也對我們進行封鎖，甚至連產品組裝、檢修保養都是由外國專家技術人員維護，在工作時會拉起警戒線，不讓中國技術人員靠近。

值得提醒的是，在世界上，任何被歐美壟斷的高精尖技術，一旦被中國製造研究所突破，其價格便會在短時間之內迅速下跌，原因是中國製盾構機物美價廉，價效比極高。由此，前些年新加坡從日本訂購的盾構機，是日本直接從中國購買了兩臺後加價倒賣出去的，因為左手倒右手比自己製造要划算得多。

對於日本這樣的全球科技發達國家向中國購買了數臺盾構機訊息被西方國家得知後，當時震驚了西方的科技強國，歐美髮達國家非常震撼。因為在西方發達國家人的眼裡，德國、美國與日本是全球盾構機技術的“盾構機三巨頭”，並以科技領先名譽全球。所以，被認為是世界上盾構機最發達的國家竟然要去中國買盾構機，實話實說，西方很多人面對著中國快速的技術進步是想不明白到底是為什麼，只能用驚訝來描述。做驚奇的是，在2002年中國正式開始對盾構機進行研發，連基礎的圖紙都沒有！

目前，國產盾構機已深入歐洲發達國家核心低帶，並且賣到了義大利。比如之前由中鐵工程裝備集團所研製的大直徑土壓平衡盾構機，該機重量突破1800噸，裝置總長為155米，將用於挖通一條長達9564米的高鐵隧道，據悉義大利方面對這臺裝置非常滿意，以至於其總理直接用自己的女兒為之命名。

3、中國盾構機厲害之處——主軸承：

中國盾構機的核心部件國產化取得重大突破。比如之前的國產盾構/TBM主軸承減速機工業試驗成果，首批國產化6米級常規盾構3米直徑主軸承、減速機透過試驗檢測，標誌著我國盾構核心部件國產化取得了新的重大突破。

盾構機的主軸承，有全斷面隧道盾構機的“心臟”之稱，承擔著盾構機運轉過程的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件，工作所處狀況十分惡劣。因為盾構機在掘進過程中會面臨各種複雜的地層，盾構機主軸承要承受高速旋轉、巨大載荷和強烈溫升。

由於技術含量高，主軸承是盾構機所有零件中最值錢的部分。在施工中，假如盾構機主軸承出現故障，實施進行現場維修或更換都是極為困難，因為需要把裝置從地底挖出來，所以根本不可行，這要求在施工中主軸承不允許出現任何故障，之前盾構機的製造商寧願出高價，選擇產品配置高、安全可靠性好的國外著名品牌主軸承。

由於主軸承製造工藝非常複雜、而且對於原材料效能要求高、加上設計理論不成熟等因素，國內盾構機用的主軸承幾乎長期依賴進口。2015年7月24日，中國中鐵聯合國內主軸承、減速機技術優勢企業，成功申報工業轉型升級國家強基工程，承擔盾構/TBM主軸承、減速機工業試驗平臺建設專案，開展國產主軸承、減速機關鍵技術研究及工業性試驗。

2020年4月，透過對主軸承和減速機內部進行檢驗，評審專家一致認可試驗平臺的載入方法和試驗結論，一致認為應用於地鐵盾構機的國產主軸承、減速機相關效能達到標準和要求，標誌著我國盾構/TBM核心部件國產化程序取得新的重大進展，有效降低對進口部件的依賴。

因此，中國的盾構機在20年內實現從無到有，由弱到強，並佔據及實現全球三分之二盾構市場的逆襲。