解析國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)機(jī)械性能，生產(chǎn)狀況，展望未來(lái)機(jī)械設(shè)備、機(jī)械化隧道建設(shè)存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。
隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machine），是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械。歐美將全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)統(tǒng)稱為TBM；日本則一般統(tǒng)稱為盾構(gòu)機(jī)，細(xì)分可稱為硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)和軟土地層隧道掘進(jìn)機(jī)；我國(guó)一般習(xí)慣將硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（硬巖TBM）簡(jiǎn)稱為TBM，將軟地層掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)機(jī)（shield machine）。本文盾構(gòu)機(jī)含TBM。
現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，亦被稱作地鐵施工的“利器”。目前，盾構(gòu)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政管網(wǎng)、過(guò)江隧道、水電等隧道工程。
盾構(gòu)隧道的應(yīng)用領(lǐng)域：鐵路隧道、城市軌道交通、引水隧道、水電站建設(shè)、煤礦開(kāi)采、公路隧道、地下管線。
截至2017年末，中國(guó)內(nèi)地（不含港澳臺(tái)地區(qū)）共計(jì)34個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)，共56個(gè)城市開(kāi)工建設(shè)城市軌道交通，開(kāi)通城軌交通線路165條，運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度達(dá)到5033公里。其中，地鐵3884公里，占比77.2%；其他制式城軌交通運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度約1149公里，占比22.8%。2017年新增運(yùn)營(yíng)線路32條，同比增長(zhǎng)24.1%；新增運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度880公里,同比增長(zhǎng)21.2%。2016年當(dāng)年線路增長(zhǎng)首次超過(guò)500公里，達(dá)到535公里，僅一年后年線路增長(zhǎng)突破800公里，又邁上一個(gè)新的臺(tái)階，增長(zhǎng)速度前所未有。全年累計(jì)完成客運(yùn)量185億人次，同比增長(zhǎng)14.9%。擁有2條及以上運(yùn)營(yíng)線路的城市已增至26個(gè)，占已開(kāi)通城軌交通城市的76.5%。2017年中國(guó)內(nèi)地城軌交通完成建設(shè)投資4762億元，在建線路長(zhǎng)度6246公里，在建項(xiàng)目可研批復(fù)投資額累計(jì)38756億元。截至2017年末，共有62個(gè)城市的城軌交通線網(wǎng)規(guī)劃獲批（含地方政府批復(fù)的18個(gè)城市），規(guī)劃線路總長(zhǎng)7321公里。國(guó)內(nèi)地下線，使用盾構(gòu)機(jī)是當(dāng)前的主流。
盾構(gòu)機(jī)除了能夠在軌道交通中廣泛使用外，在大城市通水、通電等領(lǐng)域也將被逐步應(yīng)用。當(dāng)前，中國(guó)正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，但地下管廊的建設(shè)相對(duì)滯后。發(fā)展城市地下管廊，不僅可以有效解決城市交通擁堵問(wèn)題，還極大方便了電力、通信、燃?xì)狻⒐┡潘仁姓O(shè)施的維護(hù)和檢修，是提升城市品質(zhì)的重要舉措。國(guó)務(wù)院自 2015 年開(kāi)始部署城市地下綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)工作。到 2018 年，全國(guó)有 69 個(gè)城市在建的地下綜合管廊將達(dá)到1000 km，總投資約 880 億元。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，未來(lái)地下綜合管廊投資規(guī)模將超過(guò)1萬(wàn)億元。2016新建地下綜合管廊公里1791公里，2017地下綜合管廊在建里程6575公里。盾構(gòu)機(jī)，則是實(shí)現(xiàn)地下管廊建設(shè)的必備工具。
根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命（通常在1萬(wàn)小時(shí)左右），假設(shè)每9公里（雙線）需要兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)需求量巨大。
2002年前，盾構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)一直被國(guó)外壟斷，產(chǎn)品長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，價(jià)格居高不下，制約了我國(guó)盾構(gòu)的應(yīng)用，延緩了城市地鐵的快速發(fā)展。
目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展得比較快，市場(chǎng)份額也在不斷增加，使得近年來(lái)我國(guó)的盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)發(fā)生了根本改變，已經(jīng)打破了國(guó)外盾構(gòu)機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位的局面。2017 年有超過(guò)45家企業(yè)已進(jìn)入或正準(zhǔn)備進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)行業(yè)，其中如中鐵裝備、中國(guó)鐵建重工集團(tuán)、遼寧三三等企業(yè)都可單獨(dú)承接盾構(gòu)機(jī)施工項(xiàng)目，擁有開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)一體化的專業(yè)施工能力。從企業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)行業(yè)的企業(yè)主要有三類：第一類是國(guó)內(nèi)的裝備制造企業(yè)，此類企業(yè)技術(shù)水平和制造基礎(chǔ)比較好，在自身原有的裝備制造基礎(chǔ)上通過(guò)技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)領(lǐng)域的企業(yè)；第二類是由外資控股的中外合資企業(yè)或外國(guó)獨(dú)資企業(yè)，如德國(guó)海瑞克、日本三菱等；第三類是具有施工總包能力的企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)后新組建的裝備制造公司，這類企業(yè)原本就是有盾構(gòu)機(jī)需求的企業(yè)，掌握著盾構(gòu)機(jī)的市場(chǎng)，因此目前此類企業(yè)發(fā)展得最好，擁有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占領(lǐng)比較迅速。而合資企業(yè)和外國(guó)獨(dú)資企業(yè)由外方掌握核心技術(shù)，在技術(shù)上有優(yōu)勢(shì)，但由于缺乏市場(chǎng)，所以一般采用外國(guó)控股，由國(guó)內(nèi)合作方負(fù)責(zé)市場(chǎng)和制造的形式與中國(guó)的地方政府合作。經(jīng)過(guò)多年的消化吸收，國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)企業(yè)不斷發(fā)展壯大，外資企業(yè)的市場(chǎng)份額在不斷縮小。
隨著盾構(gòu)機(jī)制造技術(shù)水平的不斷提高，以及施工領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，盾構(gòu)機(jī)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)激烈，國(guó)內(nèi)外的盾構(gòu)機(jī)企業(yè)都在不斷加大資本投入，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)情況、盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)市場(chǎng)、技術(shù)現(xiàn)狀與隧道建設(shè)發(fā)展進(jìn)行深入分析研究，了解當(dāng)前國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)制造水平，需求和市場(chǎng)環(huán)境變化趨勢(shì)。
從黎明期到技術(shù)創(chuàng)新期
2009年之前，我國(guó)大約有85％的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)依賴進(jìn)口。其中，占據(jù)歐洲大半市場(chǎng)份額的德國(guó)海瑞克，以產(chǎn)量1670臺(tái)居世界首位的三菱重工，以及擁有多個(gè)品牌的德國(guó)維爾特的表現(xiàn)最為搶眼。其中海瑞克就占據(jù)國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)的70％以上。
我國(guó)1953年開(kāi)始采用盾構(gòu)進(jìn)行隧道修建，晚于國(guó)外128年。
手掘式盾構(gòu)
2000年前，國(guó)內(nèi)盾構(gòu)多為主要部件進(jìn)口，國(guó)內(nèi)工廠拼裝組合，無(wú)自己的核心技術(shù)。
2002年開(kāi)始，中國(guó)致力于“造中國(guó)最好的盾構(gòu)”，國(guó)家科技部將盾構(gòu)技術(shù)研究列入“863”計(jì)劃。
2004年，依托于“十五”期間國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目，上海隧道研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)全自主設(shè)計(jì)、 具有知識(shí)保產(chǎn)權(quán)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)“先行號(hào)”樣機(jī)。該機(jī)在切削刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝機(jī)系統(tǒng)、同步注漿控制系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)中國(guó)盾構(gòu)從有到優(yōu)的歷史突破。
2006年底，“先行2號(hào)”盾構(gòu)在滬制造安裝完成并正式下線，首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)地鐵盾構(gòu)的批量生產(chǎn)。
先行號(hào)
2008年4月，依托“863”計(jì)劃，由中鐵隧道集團(tuán)隧道設(shè)備制造公司牽頭，浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)等參與研制的首臺(tái)國(guó)產(chǎn)復(fù)合盾構(gòu)“中國(guó)中鐵1號(hào)”下線，該機(jī)國(guó)產(chǎn)率 65%，填補(bǔ)了我國(guó)在復(fù)合盾構(gòu)制作領(lǐng)域的空白。從此，國(guó)內(nèi)盾構(gòu)市場(chǎng)徹底打破了進(jìn)口盾構(gòu)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的壟斷，開(kāi)啟了國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)的自主研發(fā)、制造的新篇章。
中國(guó)中鐵1號(hào)
2009年9月，一臺(tái)直徑為11.22m的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大直徑泥水盾構(gòu)“進(jìn)越號(hào)”成功貫穿上海打浦路隧道復(fù)線