盾构机发展历史

    盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械， 问世至今已有近200年的历史。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

   德国进口的盾构机大概需要人民币5000万元，日本进口的盾构机大概需要人民币3000万元以上，国产的盾构机价格一般在2500-5000万左右。虽然盾构机成本高昂，但可将地铁暗挖功效提高8到10倍，而且在施工过程中，地面上不用大面积拆迁，不阻断交通，施工无噪音，地面不沉降，不影响居民的正常生活。不过，大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂，最初国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。

    2018年3月13日，由中国自主研发的出口海外超大直径盾构机在中交天和机械设备制造有限公司总装车间下线，这台直径达12.12米的超大直径泥水气压平衡盾构机，将用于中国在海外最大的盾构公路隧道项目——孟加拉国卡纳普里河底隧道工程，这也是南亚地区投入使用的最大直径盾构机，终结欧美垄断。 

2020年6月18日，宽14.82米、高9.446米的世界最大土压平衡矩形盾构机“南湖号”顺正式在嘉兴市区快速路环线下穿南湖大道隧道工程投入使用。

2021年12月25日，应用于我国最深海底隧道——深江铁路珠江口隧道的“大湾区号”盾构机成功在广州南沙始发，正式开启挑战水下115米穿越珠江入海口的施工。 

2022年2月，中交集团所属中交一公局集团隧道局参建的国内在建承受水压最高、直径最大盾构隧道 —— 江阴靖江长江隧道所用盾构机“聚力一号”刀盘在江苏靖江成功下井。 

2022年6月15日，中国出口葡萄牙首台盾构机由天津港起运，正式发往里斯本，为这座古老又现代的城市地下排水系统能力提升，增强防洪防涝水平贡献中国智慧、中国方案、中国力量。 

2022年12月15日从中国科学院获悉，我国首套盾构机用超大直径主轴承研制成功，该主轴承直径8米、重达41吨，是目前我国制造的直径最大、单重最大的盾构机用主轴承，将安装在直径16米级的超大型盾构机上，用于隧道工程挖掘。

2023年5月10日，中国铁建16米级大盾构亮相“中国品牌日”。中铁建大盾构穿江越海领跑世界，作为在大盾构隧道市场占有率领先的品牌，中国铁建所属中铁十四局已注册“中铁十四局大盾构”和“中铁建大盾构”商标。该盾构机刀盘直径16.07米，正应用于国内最长城市盾构高速公路隧道——北京东六环入地改造工程西线隧道，沉降始终控制在3毫米内，创造了16米级超大直径盾构机单月最高掘进542米的月进尺新纪录。

中国工程院院士杨华勇

     杨华勇，1961年1月12日出生于重庆市，流体传动与控制领域专家，中国工程院院士，浙江大学教授、浙江大学机械工程学院院长，流体动力与机电系统国家重点实验室（浙江大学）主任，国家电液控制工程技术研究中心主任。长期从事电液控制方面的理论研究、基础元件和系统开发、盾构与液压电梯关键技术研发以及工程化等工作。

    杨华勇突破了盾构压力稳定性控制、载荷顺应性设计和姿态预测性纠偏基础理论与关键技术，攻克了掘进过程失稳、失效、失准三大国际难题，研发出土压、泥水和复合三大类盾构系列产品；攻克液压电梯速度与位置精确控制、势能高效回收关键技术难题；提出新型平衡阀设计新方法，研制了样机并实现了工程应用。

杨华勇对中国机电液装备的自主研发作出了重要贡献，取得了显著的经济效益，在教学科研第一线从事电液控制理论研究、基础元件和系统开发，以及盾构与液压电梯关键技术研发和工程化等工作，成果得到全面应用的同时，积聚和培养了一支稳定的产学研队伍，形成“理论-元件-系统-装备-应用”链的良性循环，走出一条自主研发的成功之路，为国家建设急需的重大装备生产国产化作出了重要贡献。

“国之重器”盾构机

    盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建（铺设）隧道之“盾”（指支撑性管片），它区别于 敞开式施工法。国际上，广义盾构机也可以用于岩石地层，只是区别于 敞开式（非盾构法） 隧道掘进机。而在我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为（狭义）盾构机，将用于岩石地层的称为（狭义）TBM。盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）

    盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

 基于增材制造技术的液压元件轻量化设计

     经过多年的发展，我国高端液压元件已经取得了一定的突破，恒立、林德与力源等国内液压企业设计制造的高压液压柱塞泵/马达、多路阀等已经在三一重机、徐工重机等主流的机型上得到批量应用。国产高端液压元件从无到有，逐步与世界先进水平看齐。

    在努力实现更多并跑的同时，也应当寻求新技术的突破，实现局部引领。功重比是液压系统的一个重要指标，液压元件的轻量化可以减小转动惯量，加快动态响应，减少能源消耗，提高续航能力。通过轻量化、小型化与集成化来提高系统功重比是液压系统发展的重要趋势。

    目前，车铣刨磨等传统加工方式很难取得新的突破，增材制造技术基于离散-叠加成形原理，可以一次成形三维实体，与传统的减材、等材制造技术相比，极大地提高了液压元件与系统的设计自由度，为液压元件的轻量化、小型化、集成化道路带来新的机遇。同时，不断发展的网络和感知技术为液压元件与系统的数字化、智能化、网络化提供了新的思路。小型化可以减小液压元件的体积，有利于提高液压系统的响应速度。

    英国雷尼绍公司基于增材制造技术液压集成块的原型重新设计，体积仅为原有体积的21%。我国团队对流道路径重新规划，去除了原阀块的冗余材料及工艺孔，新制造的阀块体积仅为原型的1/3。