全球最大直径盾构机主轴承，中国造出来了！基建狂魔这回坐实了？

显示全部楼层 · 2024-9-5 05:08:08

声明：本文内容均引用权威资料结合个人观点进行撰写，文末已标注文献来源及截图，请知悉。 L' l7 Z$ P# A' q

说起南京长江大桥，每一个中国人都不会陌生。
但是，在南京长江大桥底下开挖一条过江隧道，那就是相当令人无法想象的盛大工程了。
毕竟，江底的地貌“又软又硬”：软的是软土、一般性粘土和砂土，它们像是奶昔一样柔软而具有流动性，容易导致突发性涌水和流沙，严重时更会导致地层塌陷；硬的则是江底的卵砾石及基石，其强度相当于混凝土的四倍，想要凿穿可得花点功夫。
然而就在这样的艰难条件下，我们还是成功地凿出了南京扬子江隧道，这条2016年1月1日正式通车的隧道，在同类隧道中规模最大、地质最复杂、水压最高，号称“江底70米深处的世界级工程”。

而打通这条隧道的“主力”，就是一对特别为这种特定地质环境施工打造的盾构机“兄弟”：天和号&天河一号。

毕竟中国的盾构机技术，可以说是天花板级别的了，全球每十台盾构机中就有七台来自中国。

而由我国企业自主研制、直径8.61米的盾构机主轴承，也于2023年10月12日在湖南长沙下线——这一全球直径最大、单体最重、承载最高的整体式盾构机主轴承下线。
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这个盾构机主轴承的意义相当重大，标志着我国已经彻底攻克并掌握了盾构机主轴承，从设计、材料到制造、试验全过程的关键核心技术，更实现了国产盾构机主轴承从中小直径到超大直径型谱的全覆盖。

然而，这条路走得并不一帆风顺，我国的盾构机研发历史，可谓相当曲折。

下面我们来具体聊一聊。
盾构机为什么那么重要？

盾构机，这个名字听起来很难一下子想象到它“是个啥”，但只要一说“挖隧道用的”，那么大家也就立刻能够理解了。

毕竟开凿隧道，不是需要挖穿山岭，就是得穿透海底，哪个也不是好解决的。

坚硬的岩石层，厚实的冻土层，粘滞的含水砂土层甚至是复杂的喀斯特地貌，这些都必须靠盾构机这头具有铁齿钢牙的“钢铁巨兽”来完成。
盾构机的工作原理，其实很像是在土里钻营的蚯蚓。
它头部有刀盘，像是钢牙利齿一般，上面布满了各种刀具，可以根据不同的地质条件，采用不同的刀具组合去进行挖掘。比如说前面是坚硬的岩石，就采用高强度的滚刀来挖掘，而如果是松软的土层，就用刮刀去旋转切割。

在盾构机头部不断挖掘的过程中，它“身体”里的施工人员和设备，就可以操作螺旋输送机把前方切削下来的渣土和碎石，输送到后方的运输设备上。
在盾体内部，除了控制室之外，还有操作间和维修空间，在保护施工人员的情况下，提供安全的工作环境，同时能够实时监测盾构机的运行状态和隧道的地质情况。

盾构机的推进系统是很强力的，它是通过液压油缸的伸缩，来推动盾构机向前移动的，在推进过程中，能够严格控制推进速度和方向，以便拼装系统将预制的隧道管片像搭积木一样，拼装成完整的隧道结构，形成坚固的隧道内壁。

因此，我们可想而知，要想挖隧道，无论是地铁隧道还是铁路、公路、跨海、跨江隧道，盾构机是不可或缺的设备。
毕竟这么大一条“电动蚯蚓”在地下穿行，那效率可比人工去挖高多了。而且，用盾构机挖掘，施工的安全性也提升了，还不会对地面交通和环境造成影响，难怪作为“基建狂魔”，我国那么重视盾构机。
盾构机的自研有多难？

盾构机重要，人尽皆知。

然而哪怕是像中国这样自强不息的国家，要研发盾构机也并非易事。
说起来，盾构机最早是英国发明的，大约200年前，英国就已经采用类似盾构机的机器，在开挖隧道时发挥作用了。而上世纪19世纪，德国和日本纷纷跟进，研制成功了能够高效率挖掘隧道的盾构机。

而我国的盾构机研究，则属于起步较晚的，在上世纪60年代才刚起步，并且期间由于经济和技术原因，进展也是相当缓慢，而无论是英国、德国还是日本，也自然不会给予我们任何帮助，甚至在七八十年代，我们想要跟德国购买盾构机，还被卡了一把脖子。

不过有一说一，盾构机的自研，其艰难程度真的是超乎想象的。

首先，它需要多学科联合“众筹”。
盾构机的工作环境相当复杂，今天面对的是软土流沙，明天可能就要攻坚破岩；今天要用它挖永冻层，明天说不定需要它穿越淤泥层，而且那么庞大的机器，它还得保证精确到小数点后好几位的精度，难度堪比让张飞绣花。

于是，要打造一台盾构机，就需要地质、土木、机械、测量等多门学科技术高度集成和协同，才能根据不同的地质条件，精确控制盾构机的掘进参数、刀盘刀具的设计与选择、渣土的输送与处理等。
因此，盾构机的结构极为复杂，光是零部件就有2万多个，轴承、刀具、密封系统、控制系统等这些关键零部件更是技术含量高、制造难度大，我们一开始在研发和制造上完全依赖进口，成本相当高昂，还受到国外供应商的限制。

即使研制成功盾构机，它还得根据不同的地质条件去“工作”，于是对盾构机的性能和适应性提出了极高要求——软土地层和硬岩地层要采用不同的刀头方案，而高水压地层和复合地层，那就是连机身承载部分都要变。
研发团队需要针对各种复杂地质情况进行深入研究和技术创新，设计出能够适应不同地质条件的盾构机，才能满足各种地形地貌下开挖隧道的需求。
再者，盾构机的“工作环境”属于“大动干戈”的类型，因此它可不能出故障，必须具有相当的稳定性，确保在各种复杂工况下都能稳定运行，否则就会导致严重的工程延误和安全风险，还会增加施工成本。

因此，虽然说我们一直在坚持要实现盾构机的国产化，要攻克关键零部件的技术难关，提高自主制造能力，也投入了大量的资金，去进行技术研发和工艺改进，但我国盾构机自研的进程依然十分缓慢，于1963年研究出了第一台盾构机，然而由于技术的不成熟，也只能作为验证机使用。
1989年，我国才造出第一台真正意义上的盾构机，那是虽然也可以用来掘隧道，但技术还是不够成熟，刀片使用寿命很短，随便用几次就得换。
我国的盾构机现在厉害到了什么程度？

中国素有“基建狂魔”之称。然而要搞更多更好的基建，就不能离开盾构机。

因此，盾构机的自研，已经成为亟待解决的紧急任务。
2002年，国家成立了攻坚小组，专门拨出大量人力物力，对盾构机开展深入的研究。

然而，即使到了新世纪，我们的盾构机技术依然是“一穷二白”，在毫无基础的前提下，该如何凭空造出能适用于如此复杂地貌的盾构机？

再说，盾构机的主要部件生产力，我们真的具备吗？

然而，中国科研团队能够靠着算盘“打”出两弹一星，也就能从零到一研发出盾构机。
在2008年，中国的“中铁1号”盾构机下线，这台盾构机上来就完成了天津地铁3号线的隧道挖掘任务，更是在服役期内服务过天津、郑州、武汉三地五条地铁线建设，累计已经掘进超过10.6km的线路。

这款“中铁1号”，虽然性能与欧美的盾构机比，多少还是有些差距，然而它的上线，也是向世界证明了：中国完全有能力自研盾构机！

从此之后，中国的盾构机陆续问世，而究其功能，则是一台更胜一台——
在上海机场联络线工程11标项目中应用的“虹浦号”盾构机，在高承压水粉砂地层不换刀可实现连续掘进7000米以上，还配有智慧监控、自动导向等智能系统，是一台国产化率达98%以上的尖端盾构机。
而始发于天津滨海国际机场1号隧道的“京滨同心号”盾构机，则采用了自主研发的“六自由度自动调节箱涵拼装机器人”提高施工精度，其误差值可控制在0.5mm内。

更厉害的是，沪渝蓉高铁崇太长江隧道始发的“领航号”盾构机，则拥有独立思考、智能分析、自主判断的能力，搭载了尖端的八大智能两项同步隧道智能建造系统的它，能够做到“有人值守，无人动手”的无人驾驶模式，是真正“解放双手”的盾构机。

除了在国内不断有尖端的盾构机推陈出新，成功挑战了各种复杂的地形地貌之外，我国的盾构机也出口到了世界各地。
2023年9月，湖南自主研制的盾构机首次出口欧盟市场。这台直径 9.36米的盾构机将参与意大利西西里岛墨西拿市和卡塔尼亚市之间的铁路隧道工程建设，在实际使用中将会穿越页岩、千枚岩、砾岩、玄武岩、砂岩等复杂地层，总计掘进长度约 12.54 公里。
这台盾构机不仅开发并应用了永磁驱动、高质量供电系统、超高压脱困及台车自动转向等多项新技术，更符合欧盟防爆指令要求的气体检测系统、通信、供电等应急系统，整机满足欧盟CE认证要求。

在这样的背景下，我们就可以理解，为何中国铁建重工集团股份有限公司，成功研制全球直径最大、单体最重、承载最高的盾构机主轴承后，主要负责此项目的197研究设计院院长麻成标相当自豪地表示：我们实现了超大盾构机主轴承的全过程自主生产，为中国制造再添一枚金牌！

的确，这一成果相当值得骄傲。
毕竟就直径18至20米的盾构机而言，虽然它能够满足已知工程的最大需求，但是其核心配件“主轴承”直径规格需要达到8.61米，此前世界范围内都没有成功的先例。

而如今，中国人再一次啃下了“硬骨头”，自然是值得大书特书的！

结语

在盾构机领域，我国经历了从依赖进口到自主研发的艰难历程。

如今，我国已经拥有了世界领先的盾构机技术和制造能力，不仅满足了国内市场的需求，还出口到了世界各地。

我们有理由相信，在未来，更多智能，更为先进的盾构机，一定是打着“中国制造”的字号，从中国出口到世界各地，为人类的基础设施建设贡献力量的，让我们一起期待这个不远的未来！

信息来源：2 z1 u6 s' e; C0 D$ o: x3 F
科技日报为中国制造再添一枚金牌! X4 C2 g/ m8 ?; q
国资报告 2023 (08) ：中国盾构机是怎样“炼”成的2 R& ]7 c! @9 [' b! E
隧道建设 2009 ,29 (04) ：“中国中铁一号”盾构通过科技成果鉴定" O8 |$ j4 x; M
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