近年来，随着国家建设的快速发展，一种名叫“盾构”的大型隧道掘进机械装备被广泛应用于各种工程。这种由10万个部件组成的钢铁巨物，像一辆在黑暗中开路的“火车”，头顶着直径数米甚至更长的刀盘，穿行于山间、水底和城市地下，掘进、排土、衬砌，如同“穿山甲”一样魔术般钻出一条条隧道，享有“工程机械之王”的美称。如今，我国自主研发制造的盾构设备无论在规模还是科技水平上，都已进入世界先进行列。
全球首台“马蹄形”刀盘盾构机问世
隧道挖掘哪家强?国产盾构名声响
中铁隧道集团盾构及掘进技术国家重点实验室，是盾构及掘进技术领域唯一的国家公共研究平台和国家级研发中心。近日，半月谈记者来到位于河南郑州高新区的中铁隧道盾构及掘进技术国家重点实验室实地探访。进入国家重点实验室一楼大厅，墙上的展板介绍着我国盾构装备的发展历程。由于盾构装备制造工艺复杂，在半个多世纪里，只有少数发达国家掌握制备技术，且价格昂贵，对外封锁技术。
盾构也被称为盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，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，涉及地质、土木、机械、力学、电气等多门学科技术，盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、水电等隧道工程。
1997年，我国斥资6亿多元从国外购进两台盾构，用于当时全国最长的西康铁路秦岭隧道施工，结果这座用常规施工工法需10多年才能打通的隧道，仅用2年多便胜利贯通，不仅速度快，而且质量好。安全、经济、环保，使隧道建设者们深切感受到新技术、新设备的强大威力。
然而，进口的洋盾构不但价格昂贵，而且“水土不服”，现场人员对相关技术一知半解，出现问题一筹莫展，只有国外厂家才能解决，耗时长且费用高，受制于人的现状制约着我国隧道建设进程。为打破国外垄断，2001年，盾构技术研究被列入国家863计划项目，中铁隧道人首先担起技术突破的重任。
研发过程备尝艰辛。除了要攻克机械、电气、液压、传感、力学等难关，盾构机需要十几个系统协调运转，如何将10万个部件集成在一起就令研发人员颇为头疼。
研发人员蒲晓波至今仍清晰记得攻关时的情景：“地下施工又闷又热，为了观察设备运转时的每一个动作，我们每天蹲在施工现场，而这一蹲就是两年多。”
通过持续多年的产学研合作，我国在盾构技术上取得了三大突破。首先是关键核心技术取得突破，解决了“失稳、失效、失准”等世界性难题;其次是实验平台取得突破，研制出多台具有自主知识产权的仪器设备;三是盾构产业快速发展，以解决“三失三性”为代表的盾构技术已达到或超越国际先进水平，突破了土压平衡盾构、泥水平衡盾构和复合盾构关键技术。
2008年，我国第一台具有自主知识产权的盾构机下线，打破了进口盾构机在国内市场上的垄断，每年能为国家节约外汇数十亿美元。盾构及掘进技术国家重点实验室研发部主任张兵说：“我们研发出来的产品，打破了国外进口的垄断，洋盾构控制中国市场的局面成为历史。我们的目标是在世界各地都能见到中国的盾构。”
盾构“变形”，引领世界隧道掘进新模式
如今，“中国设计中国造”的盾构不但占据大部分国内市场，还出口到以色列、新加坡、马来西亚等多个国家和地区，实现了从中国制造向中国创造的大步迈进。
国家基础建设逐渐深入，对高端施工装备提出了更为多样化的需求，盾构产品向小微化、巨型化以及异形化发展。7月17日，全球首台“马蹄形”刀盘盾构机在中铁工程装备集团正式组装调试完毕。设备的成功研制标志着我国已经拥有自主知识产权的超大断面马蹄形盾构设计和施工技术，实现了异形盾构装备的自主化和智能化，为我国高端设备进军国际市场提供了强有力的工程示范。
据中铁工程装备集团董事长李建斌介绍，该盾构机专门为蒙华铁路白城隧道量身定做，将首次应用于铁路山岭软土隧道领域。刀盘呈倒“U”形，远观形似马蹄，刀盘采用九个小刀盘共同组成一个马蹄形断面的创新组合方式，可进行全断面切削。
与常见的圆形盾构机不同，该异形盾构机不仅是断面的“变形”，而且实现了工法、技术的“变形”。在铁路山岭软土隧道领域施工中，马蹄形盾构工法能够最大限度提高隧道空间利用率，较圆形截面减少10%至15%的开挖面积，是全球首创的隧道新型开挖模式。
此前，我国还先后研发出世界最大断面矩形盾构机、世界最小硬岩掘进机等多种产品。去年，中铁装备研制的矩形盾构机、硬岩掘进机先后出口到新加坡、黎巴嫩等国，其良好的地质适应性和优质高效的掘进表现受到肯定。
未来，我国科研人员将瞄准盾构关键部件、核心技术，围绕盾构数字化制造、盾构智能化控制方向，大力加强盾构自适应自动掘进与智能纠偏研究，努力构建基于物联网思维的盾构大数据，开发适用于盾构智能化施工的网络化远程信息管理云平台，在“刀盘刀具、系统集成、施工控制”三大研究方向实现创新突破，形成具有学术影响力和转化应用价值的重大科研成果，为我国隧道和地下空间开发利用走在世界前列做出基础性、关键性、前瞻性的创新突破。
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