盾构机集合了机械、电气、液压、传感、信息、力学、导向研究等尖端技术，是一台高度精密的工程机械，有别于敞开式开挖施工，利用它可以实现在封闭的地底掘进的同时构建（铺设）隧道。
2017年10月26日，一台我国自主设计制造的泥水平衡盾构机在郑州中铁装备集团成功下线，设备将应用于汕头海湾隧道项目。
创新技术化解盾构机操作风险
笔者在中铁装备集团看到的这台盾构机长百米，重达4000吨，其直径达到15.03米，足有五层楼高，采用了超高承压能力系统集成设计、常压换刀技术、伸缩摆动式主驱动技术、双气路压力控制技术等多项创新技术。中铁高新工业股份有限公司总工程师唐智奋难掩激动地说：“这是中国盾构品牌与国外盾构品牌的一次顶尖较量。”
令业内称道的是，在如此大直径的泥水平衡盾构机上搭载常压换刀技术，在国内尚属首次。
据中铁装备集团设计研究总院工程师叶超介绍，盾构机在穿越江底、海湾时，通常会在盾构开挖面的密封隔舱内注入泥水或泥浆（通常为膨润土悬浮液），通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定，防止坍塌和涌水。而在经过一段时期的掘进后，盾构机的滚刀有所磨损，需要施工人员进入舱内更换才能继续掘进。此时，施工人员就处在全气压覆盖的工作环境中。正常人能耐受气压为303.98kPa～405.30kPa，超过这个限度，将对人体产生不良影响。在压力环境下，人体会出现耳鸣头晕、血压升高和血流速度加快等症状。
带压进舱工作极大地提高了工作效率，但安全风险也相伴而来，执行相关操作时需要慎之又慎。而随着常压换刀技术的出现，这个问题迎刃而解。中铁装备集团设计研究总院泥水所所长贺开伟解释说：作业人员通过中心舱进入刀盘内部，在拆装刀具前，刀箱内密闭装置会放下闸门与外界压力隔绝，在刀盘内形成一个小的密闭空间，保证施工人员在常压环境下就能轻松换下刀具，安全系数大大提高。
为了配合更换刀具，盾构机上还搭载了伸缩摆动式主驱动技术，它能够在油缸推力作用下让盾构机刀盘前伸400mm，并在刀盘四周布置了各个点位，使刀盘能够像人类关节一样进行夹角为0.5度的自由摆动，为更换刀具提供预留空间。
“可以说，这台设备的出现，成功破解了我国在大直径泥水平衡盾构机方面存在的‘技术创新能力弱、关键部件受制于人、集成产品可靠性低、产业链高端缺位’的技术瓶颈。”中铁工程装备集团有限公司董事长谭顺辉止不住内心兴奋地说。
打破国外垄断，为我国节省采购费用近一个亿
在谭顺辉兴奋的背后，是此类超大直径盾构机市场长期被国外品牌垄断的现状。此前，国内隧道建设项目，如崇明岛越江隧道、南京长江隧道等，需要用到超大直径泥水平衡盾构机，但由于缺乏研制技术，多采用德国盾构品牌。
为了改变处处受制于人的局面，中铁装备技术研发人员开始了一段学习、追赶的艰辛跋涉。他们首先选择应用于普通地铁隧道的6m直径泥水平衡盾构机寻求突破。2015年，中铁装备首台泥水平衡盾构机“中铁152号”下线，应用于武汉地铁6号线右线（武胜关—琴台站）区间，盾构机一路破除重重障碍，克服了地质环境复杂、地下管线密布等一系列施工难题，成功穿越汉江江底，其掘进速度、掘进效能均超过了在左线作业的国外品牌盾构机，显示出国产泥水平衡盾构机良好的性能。
此后，中铁装备自主研制的泥水平衡盾构机又先后在南昌赣江、北京望京隧道取得成功，还出口到新加坡，在汤申线地铁项目上继续优异的表现。
有了这一基础，中铁装备将研发目标转向10m级的超大直径盾构机。2015年，佛莞城际狮子洋隧道项目开建。为了抓住这个难得的实践机会，中铁装备尝试与国外盾构品牌联合研制。在联合研制的过程中，中铁装备研发人员积累了大量宝贵的经验，促成了应用于汕头海湾隧道项目的泥水平衡盾构机的诞生。
技术可控显著提升了民族自主品牌的市场话语权。谭顺辉告诉《中国经济周刊》记者，这台盾构机的出现，填补了国内关于超大直径泥水平衡盾构机研制的空白，为我国盾构机采购费用直接节省了近一个亿，同时也彻底打破了国外盾构厂商在此领域的垄断。
“国之重器”需要与时俱进
在汕头城市规划中，汕头海湾隧道是2020年前将建成的4条跨海通道之一。作为联系汕头南北两岸的重要通道，其承担着城区扩容提质和城市功能升级的重要作用。
该项目还是国内首条八度地震区超大直径海底盾构隧道，同时也是目前国内综合难度大的大直径盾构法海底隧道。
据了解，超大直径泥水平衡盾构机具有对周边环境影响小、工厂化作业程度高、地面沉降控制精度高、安全快速的特点，是目前我国跨江越海隧道施工的主要形式，也是“中国制造2025”规划中重点发展的高端装备。
随着超大断面隧道已经成为行业内一种极具代表性的隧道形式，超大直径盾构得到了越来越多的重视与应用，可以预见盾构直径的纪录也会被不断突破与超越。据中国中铁副总裁、总工程师刘辉介绍，中国中铁目前中标了国内大直径盾构隧道――深圳春风隧道项目，目前中铁装备正在加紧研制为该项目量身定制的直径15.8m的超大盾构机，设备将于明年出厂。
即便已经占据了国内盾构机制造技术的领先地位，研发者依然不敢有丝毫懈怠。与盾构机打了几十年交道的中铁工程装备集团有限公司董事长谭顺辉对《中国经济周刊》记者表示，“十几年前，隧道施工急需的盾构机主要依赖于国外进口的景象，至今依然时时令我们警醒。中国需要‘国之重器’，更需要在不同时期与时俱进的‘国之重器’，拓展未来升级与发展的空间。唯如此，‘国之重器’才不会衰落。”
谭顺辉坦言，以理念转型带动结构转型，以优质服务赢得市场先机，赋予装备以智能化、绿色化、服务化、高端化元素，这是中国制造迈向国际的路径。
专家点评
流体传动与控制领域专家、中国工程院院士杨华勇：中国盾构机技术会出口到更多国家
10多年前，我国使用的盾构机基本上都是外国产品。如今，盾构机不仅实现了国产化，而且不断进行创新和探索，引领了行业发展。
中铁装备现在的盾构机产品整体技术水平达到了国际先进，个别技术指标达到了技术领先，所以到目前为止在中国市场上占有率高，在全球市场上也位居前列。
这次中铁装备自主研制的目前国内大直径的泥水平衡盾构机的成功下线，将为智能盾构机的设计制造奠定基础，而且该盾构机有着良好的发展前景和市场空间。当前国内许多大的工程建设，如上海崇明岛大规模开发，都需要这样的设备。随着“一带一路”倡议的推进，这样的技术会出口到更多国家，或将成为继高铁之后又一张引人注目的“中国名片”。
中铁装备集团设计研究总院泥水所所长 贺开伟
直径大，这给泥水平衡盾构机的设计制造过程带来不小的难度。汕头海湾隧道项目海底地质复杂，盾构机主要穿越淤泥质土、淤泥、淤泥混沙、砂层及三段基岩凸起。三段基岩凸起最大高度约6m，累计长度约182m，局部岩石强度高达210MPa。这对盾构机的地质适应性和可靠性提出了更高的要求，而且涉及材料学、机械学、力学、结构学等多学科综合积淀的技术。
这台盾构机攻关突破了多项核心技术，在刀盘监测、磨损监测、地质超前预报等方面取得重大创新，可以说是一台高度智能化的盾构机，它增设有形象化风险管理系统，可以对盾构机出渣量、泥水舱压力、气垫舱压力及液位、盾构姿态、有害气体等进行实时监控，以便对出现的问题进行及时处理。
这台盾构机的出现填补了该领域国内的空白，不仅能够引领行业技术，也将推动施工单位掌握更多技术和能力，满足未来城市交通路网的建设需求，也有助于国家挑战更多的世界级工程。
