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■ 中国工业报记者 马 艳
大脸盘，长满铁齿钢牙，专门“啃”硬岩、“吞”沙土；身披钢铁盔甲，外可挡压力防坍塌，内可由螺旋输送机将渣土运出。盾构机每掘进一段距离，便停下“歇歇”，用预制好的混凝土管片拼装隧道。隧洞挖完之日，就是隧道建好之时。
盾构机，被誉为“工程机械之王”，是挖掘地下空间、畅通路途的最佳帮手。我国90%以上地铁隧道以及穿越大江大河的隧道，大都采用盾构法施工。
在11月18日的国家科技传播中心，灯光璀璨的“新天工开物——科技成就发布会”盾构装备工程专场上，国之重器“京华号”的传奇故事再次被讲述。与它一同亮相的，还有中国盾构机从技术追赶到全面领跑的奋斗轨迹。
2020年9月27日，一场特殊的“下线仪式”在车间里举行——当红色幕布缓缓落下，国产首台16米级超大直径盾构机“京华号”露出真容，这艘“地下航母”全长150米的钢铁身躯上，京剧脸谱涂装格外醒目，直径16.07米的刀盘如巨轮舵盘般厚重，第四代常压换刀系统、伸缩主驱动等核心部件暗藏其间。
时隔八个月的2021年5月，“京华号”在北京东六环改造工程开启征途。刀盘轰鸣着啃下坚硬岩层，泥浆环流系统有序输送渣土，中铁十四局集团有限公司（以下简称“中铁十四局”）项目团队围绕这台“巨无霸”展开一场场技术攻坚。当它连续掘进近7.4公里实现贯通时，这条“地下钢铁巨龙”完美演绎了我国盾构机从“无”到“有”再到“领跑”的创新历程。
破壁之路：
自主研发铸就“国之重器”
将镜头拉回到上世纪90年代，中国基建浪潮初起，隧道工程对盾构机的需求日益迫切。到本世纪初，中国盾构机市场还几乎完全被德国海瑞克、日本川崎重工等国际巨头垄断。
“当时买两台二手德国盾构机，花了整整七亿元人民币。”中国铁建重工掘进机研究院副院长熊晨君的话语中，仍带着当年的无奈。
熊晨君告诉中国工业报记者，外国厂商在维修保养时，还禁止中国工程师在场观看。核心技术被牢牢封锁，让我国重大工程建设受制于人。
这种“卡脖子”的困境，成为中国工程师自主研发的最强动力。
2002年10月，中铁隧道集团联合中国科学院、清华大学等20余家科研机构，组成了科研攻坚队伍。历时6年，他们成功攻克了复合式刀盘设计、主轴承国产化等30余项核心技术。
2008年4月，国产首台复合式、直径6.3米的“中国中铁1号”盾构机在河南新乡下线，标志着“洋盾构”时代的终结。
2010年，中国铁建重工集团股份有限公（以下简称“铁建重工”）为长沙地铁量身定制的第一台盾构机“开路先锋19号”成功下线。这台凝聚着国产力量的装备一经投入使用，便迫使垄断市场的“洋盾构”降价30%，一举打破了国外品牌的价格壁垒。
此后，国产盾构机的发展驶入快车道。2013年，“行健号”复合式泥水平衡盾构机问世；2016年，“望京1号”高铁大直径盾构机将地面沉降控制在0.68毫米的世界领先水平；2022年，历经数年攻坚，国产主轴承实现全系列国产化，彻底摆脱了对国外部件的依赖。
盾构机的主轴承被誉为“心脏”，要承受成千上万吨的重量，在复杂地层中连续工作上万小时。为了打造这颗强劲的“中国心”，铁建重工的研发团队在设计、材料、制造、测试四大领域同步发力。他们自主开发设计软件，研制特级优质轴承钢，将加工精度控制在20微米以下——比一根头发丝还要细。最终，直径8.61米、重62吨的全球最大整体式主轴承横空出世，能满足18-20米级超大盾构机的需求。经院士专家团队认证，其性能在国际上处于优势地位，部分参数更是实现领先。
2008年，在长江之畔的南京长江隧道建设现场，中铁十四局的“高压进仓第一人”赵斌见证了技术迭代的生死时速。当年，隧道埋深60米的江底，盾构机刀盘出现故障，需在6公斤大气压的高压环境下进仓维修。当时，国内尚无此技术能力，不得不请国外潜水公司，但“进一次仓要6万欧元”。
为了不受制于人，中铁十四局决定培养自己的队伍。三十多名参训人员历经航天员般严苛的体能、理论和实操训练，最终只有三人达标，赵斌便是其中之一。
“加压训练时有人耳膜压穿、鼻子流血。在仓内高压环境下，氮气麻醉会让人失去知觉，就算受伤也毫无感觉，掌子面失稳更是连逃生时间都没有。”这段经历，让赵斌对技术创新有着最深刻的期盼。
如今，第四代常压换刀技术已广泛应用，单把刀具更换时间从5-8小时缩短至1-2小时，工人彻底摆脱了高危环境。
穿城之术：
在城市心脏上做“显微手术”
“各位乘客请注意，列车即将穿越清华园隧道，前方5.4米处就是地铁10号线运行轨道。”当复兴号列车平稳驶过京张高铁清华园隧道时，很少有人知道当时那场“地下穿越”的难度堪比“在跳动的心脏上做显微手术”。
中铁十四局大盾构公司盾构掘进管理中心副主任赵斌告诉中国工业报记者，这条隧道要穿过北京北三环核心区，下方是7条主干道、88条市政管线，与地铁13号线仅隔3米。最关键的是，隧道要从日均客流超200万的地铁10号线正下方5.4米处穿行，沉降控制要求严苛到超过1毫米就可能导致地铁停运。
赵斌介绍，面对如此复杂的工况，中铁十四局研发了“源头控制、路径阻隔、对象加固、预警修正”四位一体的微沉降控制技术。施工前，团队像医生“望闻问切”般开展综合评估，探究地层扰动机理，构建数字孪生模型和等比例试验台，精准模拟施工过程中的地层变形。施工中，直径12.64米的“天佑号”盾构机搭载数千个传感器，实时监测地质变化，通过智能算法自动调整掘进参数，实现毫秒级参数优化。针对北京地下复杂的卵石层，团队还创新泥浆环流系统，揭示卵石运动轨迹和磨损规律，让管路寿命延长3倍以上。
2018年3月15日凌晨，这场穿越迎来最惊险的时刻。凌晨3点20分，盾构机掘进至地铁10号线正下方时，突然传来刺耳异响。
“停机！设备空转！”当时的施工团队当机立断。
经过紧急排查，施工团队推测可能是10号线建设存在遗留的废弃水泵。此时距离地铁早班车发车仅剩不到3小时，停工处理时间不足，强行推进可能损坏刀盘。
关键时刻，团队决定慢速推进并启动应急预案。30分钟后，异响逐渐消失，障碍物被成功碾碎，当天早班地铁准时发车。监测数据显示，轨道沉降牢牢控制在1毫米内，这场极限穿越完美收官。
如今，在城市地下施工的盾构机，已能实现对地面“零干扰”。
“隧道埋深越大，地面影响越小。就算住在施工区域上方的居民，也几乎感觉不到震动。”赵斌介绍，盾构机24小时不间断作业，不受刮风下雨等天气影响，也不占用地面交通资源，成为城市地下空间开发的“隐形功臣”。
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