今年以來，中鐵工程裝備集團有限公司（以下簡稱“中鐵裝備”）創新步伐不斷提速。7月30日，世界最大直徑高鐵盾構機“領航號”成功穿越長江水域，實現崇太長江隧道水域段盾構隧道貫通，為高鐵時速350公裡“穿江不減速”奠定基礎。

盾構機，全稱為全斷面隧道掘進機，被譽為“工程機械之王”。自2008年突破國外壟斷、研制出首台擁有自主知識產權的盾構機以來，中鐵裝備針對行業痛點，加大研發投入，著力構建產學研用協同創新生態，逐步實現從單一產品制造向系統解決方案提供商轉型。

“我們始終以推動我國地下工程裝備產業發展和提升施工質效為使命，堅持以自主創新為抓手，不斷進入技術‘無人區’。”中鐵裝備黨委書記、董事長林軍科介紹，目前，公司已形成土壓、泥水、復合式盾構機及硬岩掘進機等全系列產品矩陣，廣泛服務於公路、鐵路、地鐵、水利及礦山等重大工程。

拓展新場景

曾經，盾構機在人們心中是城市地鐵的“穿山甲”。隨著一個個新場景不斷涌現，盾構機早已走出軌道交通領域，變身為在水利、能源、礦山等廣闊舞台上大顯身手的“百變金剛”。

“應用場景創新，是技術創新的最大驅動力。我們不再隻盯著傳統城軌領域，而是把目光投向更深、更遠的地下空間。”中鐵裝備技術中心副主任、重大專項院執行院長孫志洪說。

沿著引江補漢工程施工支洞下行百米，直徑12米的“江漢領航號”硬岩掘進機正在作業。操作室裡，盾構機主司機鄭東旭緊盯屏幕，手指輕推操縱杆。“由於岩層硬度高、地質復雜，這個‘大家伙’是專門為工程量身定制的。”他告訴記者。

引江補漢工程輸水線路總長194.7公裡，是加快構建國家水網主骨架和大動脈的標志性工程。該工程整條隧洞深埋於群山之下，最大埋深達1230米，高地應力、高外水壓力及多重斷層疊加，施工難度很大。全線共投入10台12米級超大直徑盾構機，其中,中鐵裝備投入6台。針對復雜地質挑戰，中鐵裝備為每台設備量身定制了智能地質預報、刀具實時監測和掘進參數自適應調節系統，並採用超前鑽探與高水壓密封技術，以應對各種難題。

水網是保障國家水安全的重要基礎和支撐。面對不同地域復雜地質條件，中鐵裝備研制的盾構機作為“開路先鋒”，全力保障地下輸水網絡建設。在環北部灣水資源配置工程現場，超15台盾構機集群作戰，開辟“地下水源”﹔海拔4000米的拉薩旁多引水工程項目中，“拉薩旁多引水號”持續向前……

隧道掘進與深部開採結合，為礦產資源開發帶來變革。“相較於傳統爆破作業，盾構機可實現連續開採，大幅提升效率、降低成本，還能有效減少井下作業人員，從根源上降低安全風險，實現深地資源開發智能化、安全化。”中鐵裝備礦山事業部總工程師肖威說。

中鐵裝備針對不同礦種、不同地質條件開發專用機型，助推資源開發更加高效、安全、綠色。在湖北宜安聯合實業有限責任公司麻坪磷礦，非煤礦山斜井掘進機創新應用多項先進技術，實現從“盲挖”到“可視透明化”的轉變﹔在山東萊州，兩台深井礦用硬岩掘進機深入瑞海金礦千米處穩定作業，為礦產資源開採打通關鍵通道。

“如今，國產礦用掘進機不僅解決了採掘失衡痛點，還把工人從高風險掌子面解放出來，助力深部礦產資源高效開採，提升資源開發效益。”肖威說。

多角度掘進

以往，盾構機只能“直來直去”水平掘進。如今，中鐵裝備制造的盾構機實現多角度掘進施工，不僅能橫著挖，還能斜向上、斜向下、垂直向上、垂直向下掘進，開創了隧道施工全新模式。

能爬坡，挖斜井。今年6月30日，國網新源河南洛寧抽水蓄能電站全面投產。建設過程中，面對坡度達38.742度、全長近千米的引水斜井，由中鐵裝備研制的硬岩掘進機“永寧號”借鑒“爬山虎”結構，加裝了前后4組共8條“腿”、16隻“腳”，不僅成功爬坡，還破解了大傾角防“溜車”和出渣等難題。

垂直走，挖豎井。今年1月30日，中鐵裝備與中鐵隧道局聯合研制的世界最大直徑豎井掘進機“啟明號”在崇太長江隧道2號豎井開挖到底，實現當月始發、當月完成掘進任務，成功解決“看不見、測不准”等施工難題，推動豎井施工向“井下無人化、井上少人化”跨越。在浙江景寧抽水蓄能電站，中鐵裝備研制的超大直徑反井鑽機“中鐵1361號”採用“一擴成井”工藝，實現直徑7米、深度311米的排風豎井一次性開挖成形。

掘進方向的改變，推動應用場景持續拓展。中鐵裝備副總工程師賀飛告訴記者：“公司正針對多個場景開展更多定制化研發，讓盾構機能適應圓形、方形、馬蹄形等不同斷面開挖需求。”

智能化升級

面向未來，盾構機正朝著智能化、無人化演進。如果說多角度掘進拓展了盾構機的“筋骨”，那麼智能化則賦予了盾構機思考的“大腦”與感知的“神經”。中鐵裝備構建起“算力—算法—數據—平台—應用”全鏈路智能體系，依托盾構機遠程指揮中心，打通“現場感知—數據傳輸—雲端處理—智能決策—遠程執行”全鏈條，形成覆蓋盾構機全生命周期的智能管控體系。

走進“領航號”盾構機駕駛室，屏幕上跳動的數據實時反饋掘進狀態，主司機日常隻需監測、無需操作。這得益於中鐵裝備研發團隊為這台盾構機裝上了“千裡眼”和“智慧腦”。

“傳統盾構施工就像盲人走路，因無法完全掌握地質情況，安全風險較高。”“領航號”主設計師廖兆錦介紹，為此，“領航號”搭載超前地質預報系統，可對刀盤前方10米至40米的地質條件精准探測，如同配備了一副“透視鏡”。智能感知系統則實時分析地質，自動調整掘進參數，確保設備始終安全運行。在隧道裡，“領航號”不借助任何“幫手”完成獨頭掘進，實現“有人值守、無人操作”狀態下的毫米級精度。

“有了智能系統，施工效率和質量提高了，我們還能實時監測潛在風險，確保工程平穩推進。”中鐵隧道局崇太長江隧道項目副總工程師傅博偉說。

傳統盾構機“一生一徑”，從出廠到“退役”，開挖直徑是固定的。在廣州芳白城際施工現場，由中鐵裝備研制的原位連續可變徑盾構機“變徑一號”首試首用，改變了這一固有模式。

“變徑一號”盾構機直徑可在8.83米至12.45米范圍內自由伸縮，解決了地鐵站台與區間隧道不同截面的施工難題。傳統施工中，站台與區間需採用不同工法，涉及大量征拆和開挖工作井作業。而“變徑一號”在區間以小口徑開挖，鄰近車站時“小變大”完成站台施工，隨后再“大變小”繼續區間掘進，實現一條線路連續作業。

“有了可變徑盾構機，施工人員可先挖通地鐵站台層保証線路貫通，待地面拆遷手續完成后，再建設站廳層和出入口，大大壓縮了工期。”中鐵裝備掘進機研究院副院長袁文征告訴記者，這一突破背后，是多刀梁同步伸縮、狹小空間自動變徑拼裝等多項首創技術的集成，為全球地下工程提供了綠色、安全、集約的新型建造方案。

“下一步，我們將在更大掘進直徑、更快掘進速度、更深掘進深度和更復雜工況上持續發力，推動盾構機向智能化、綠色化邁進，不斷攀登技術制高點。”林軍科說。