更大直径、更快速度、更深地层！中国盾构机未来五年这样做

党的二十届四中全会提出，“十五五”时期要加快高水平科技自立自强，引领发展新质生产力，抢占科技发展制高点。研制“大国重器”无疑是抢占科技发展制高点的关键之举。在“十四五”时期，我国研制的“大国重器”不断“攀”高，站上了一个又一个创新制高点。天上，有“嫦娥六号”实现全球第一次月球背面无人采样返回，有第一座中国空间站“天宫”；地下，有全球领先的超大直径盾构机正在掘进。从今天开始，《焦点访谈》推出系列节目：大国重器再攀高。我国自主研制的最大直径盾构机“江海号”和“沧渊号”，在施工现场它们是超过五层楼高、重量超过5000吨的“钢铁巨龙”。

位于江苏省长江入海口区域的海太长江隧道施工现场，进入地下几十米，穿过长长的已经拼砌好管片内壁的隧道，我们从“江海号”盾构机的尾部进入“江海号”的内部。

150米长的“江海号”内部高度超过5层楼，从尾部向前，首先是100多米的后配套系统，主要包括控制、出渣、注浆、电气、液压、导向、物料运输等多个复杂系统。后配套系统的前面，就是“江海号”的主机核心部分，主要包括推进、管片拼装、驱动及刀盘开挖系统。

“江海号”盾构机由中铁十四局和中国铁建重工集团联合打造，最大开挖直径达16.64米，专门为海太长江隧道项目定制。海太长江隧道连接江苏省南通海门区和苏州太仓市，过江隧道长11.185公里，其中盾构隧道段长9315米，是“十四五”期间国家重点建设的过江通道，也是目前世界最长公路水下盾构隧道和第一条设计时速100公里的过江隧道。建成后，过江通行时间将由目前的1小时压缩到10分钟。

中铁十四局大盾构专家 陈健：它采用的是双向六车道，采用高速公路的设计标准，设计速度是100公里每小时，所以它比城市干道或者其他过江通道建设标准更高，速度更快，隧道断面也达到了16米。隧道采用盾构法施工，要实现一边掘进，一边要进行衬砌安装，所以隧道的开挖直径要大于16米64。

盾构机全称全断面隧道掘进机，是遁地钻山、穿江越海的利器，被称为“工程机械之王”，是衡量一个国家制造业水平的重要标志。盾构机系统复杂、技术精密，它的工作原理是通过刀盘旋转，切削隧道工作面的岩土层，一边开挖一边拼装隧道支撑管壁，最后在地底下形成一条成型隧道。

“江海号”最大开挖直径达16.64米，盾构机直径越大，研制难度也呈指数级增长。

中国铁建重工集团掘进机事业部副总经理 张帅坤：直径越大，装配和制造精度要求反而更高，比如盾构机核心部件主驱动装备的精度都是以丝级计算的，一丝就相当于头发丝直径的1/6。

不仅设备的制造装配精度，还有设备的可靠性，对研制团队也是极大的考验。9315米，这是目前水下高速公路盾构隧道的世界最长距离。这对盾构机主轴承的可靠性是极大的考验。被喻为盾构机“心脏”的主轴承是盾构机在掘进过程中几乎不能更换的部件。它是盾构机刀盘驱动系统的关键核心部件，它带动刀盘旋转，实现隧道挖掘。为了确保“江海号”能够完成超过9公里的超长距离掘进任务，研制团队为“江海号”装配了直径达8.6米的世界最大直径整体式主轴承。

中国铁建重工集团掘进机事业部副总经理 张帅坤：通过计算7.6米的主轴承可以满足我们负载需求了，但是我们最终选型设计的时候，选了8.6米的主轴承，这也是目前全世界应用到盾构机领域的最大直径整体式主轴承。我们主轴承寿命是按两万小时以上来设计的，因为这个工程实际需求不需要这么长时间，但是我们把它的富余系数提升到2倍以上。

“江海号”在掘进过程中，还要面临一种危险挑战，那就是超高水压、超大埋深。海太长江隧道最大埋深是在长江水面之下75米，水压超过7.5bar，相当于在一个指甲盖这么大的面积上，就要承受7.5公斤的压力。但“江海号”要掘进超过9公里，刀盘上的刀具不可避免会磨损，必须更换才能继续工作。但在75米深的水压下更换刀具，几乎是一个不可能完成的任务。

中铁十四局大盾构专家 陈健：进行换刀，目前要采取压缩空气的方法施工，最高限度达到6bar，在6bar压力下进行作业需要专业的潜水作业人员，也只能作业半个小时，超过7.5bar的作业时间会更短，减压时间就会更长，几乎不可作业。

为了攻克高压换刀这个拦路虎，“江海号”研制团队经过两年多的攻关，借鉴深海钻井平台高压闸门的经验，创新研制成功常压换刀技术，为每把可更换刀具加装了一道高压闸门。

“江海号”重达5000多吨，这样的“钢铁巨龙”在江底下软土层掘进，工程要求必须严格控制对地层的扰动，沉降必须控制在毫米级。就像在一块淤泥里的豆腐上打孔，还得保证豆腐不散。与很多人的想象不同，操作这么精密复杂的庞然大物精准掘进，只需要两名技术人员。

“江海号”作为国产最先进的盾构机，还创新应用了主轴承全状态实时监控系统、超前地质预报系统、管片构件智能拼装机器人等几十项新技术，它不仅是一台自动化程度很高的智能盾构机，也是一台数字化的盾构机。“江海号”几十个系统装配了成千上万个传感器，产生的海量数据不仅汇聚在主控制室，也实时传送到地面控制平台。

在海太长江隧道，“江海号”负责右线隧道掘进，左线隧道由另外一台同样先进的国产超大直径盾构机“沧渊号”负责掘进。“沧渊号”开挖直径达16.66米，整机总长176米，总重量超过5650吨，由中交天和负责研制。

中交天和机械设备制造有限公司设计院副院长、总工程师 徐寅：这台盾构机可以说是大块头有大智慧，核心零部件以及智能化程度达到了国际领先水平，新技术目前运用了大概有20多项。

中交隧道局海太长江隧道项目机电总工程师 莫康康：为了保证施工的安全，“江海号”已经率先始发，“沧渊号”紧随其后。接下来的三年，面对超长距离的掘进施工任务，我们将精心组织，精益求精，全神贯注，保证海太隧道施工的贯通。

两台代表世界领先水平的国产超大直径盾构机同时掘进的场景，这在二十年前是不敢想象的。那时的中国市场，洋品牌盾构机掘进机绝对占据主导地位。

中国铁建重工集团掘进机事业部副总经理 张帅坤：以前我们使用国外进口品牌的设备，即使一个微小的故障出现也要等国外专家过来，配件要从国外发过来，有时候要等好几个月，这就对我们工程施工造成比较大的制约。

关键技术不能受制于人。经过二十年的不断自主创新，国产盾构机从无到有、从有到优，终于实现赶超领跑。目前中国盾构机全球占有率已经达到了70%，产品远销五大洲40多个国家和地区。特别是“十四五”时期，中国超大直径盾构机产业实现了跨越式发展，已经形成全产业链产业化发展的能力。行业内一般把14米及以上直径盾构机称作超大直径盾构机。

中国工程机械工业协会掘进机械分会会长、中交天和机械设备制造有限公司党委书记、董事长 张英明：这一时期国产超大直径盾构机的研制与应用呈现出数量快速增长、技术迭代加速、应用场景深化的鲜明特点。中国盾构机智能化水平实现飞速发展，应用场景从地铁、公路隧道向穿江越海通道、深层地下空间发展，能源通道等更多领域延伸。盾构机掘进方向不只有水平掘进，也开始向斜向竖向甚至拐弯掘进，像中交天和研制的“首创号”超大直径硬岩竖向掘进机，今年6月在天山胜利隧道工程中成功贯通世界最深高速公路竖井，解决了特长隧道通风的这一难题。

只有不断创新才能领跑。位于湖南长沙的中国铁建重工是“江海号”盾构机的诞生地，中国几乎一半的盾构机都在这里研发制造。这里的科研人员依托过去上千台盾构机掘进机研发制造和施工作业的海量数据积累，正在研发最新的盾构机数字孪生大模型技术。

大国不能没有盾构机这样的国之重器，但大国重器的关键核心技术买不来，要不来，必须靠我们自主创新。中国盾构机从跟跑到领跑的历程告诉我们，只有国家的综合实力、科技实力不断提升，产业链不断发展完善，我们才能研制出世界领先的大国重器。接下来的“十五五”时期，我们中国的盾构机将会朝着更大的开挖直径、更快的掘进速度、更深的掘进深度、更多的应用化场景等方面持续发力，变得更高端，更智能，更绿色，在技术领域持续实现世界领跑，也助力更多超级工程的实现。(央视新闻客户端)