我國首條 全線貫通 新工藝解決盾構(gòu)機小半徑大曲線始發(fā)難題 盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研分析報告

• 李波 2023年5月9日 來源：中研普華集團、央視財經(jīng)、中研網(wǎng) 1417 93
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5月6日，湖南長沙黃花國際機場改擴建工程T3航站樓地下27米，“磁浮二號”國產(chǎn)盾構(gòu)機順利拆解完成并吊出。至此，由長沙軌道集團建設(shè)、中鐵十四局施工的我國首條盾構(gòu)法施工的中低速磁浮隧道，實現(xiàn)了全線貫通。同時，也打開了“盾構(gòu)與磁浮”的新建設(shè)方式。

在長長的隧道里面，挖呀挖呀挖……

5月6日，湖南長沙黃花國際機場改擴建工程T3航站樓地下27米，“磁浮二號”國產(chǎn)盾構(gòu)機順利拆解完成并吊出。

至此，由長沙軌道集團建設(shè)、中鐵十四局施工的我國首條盾構(gòu)法施工的中低速磁浮隧道，實現(xiàn)了全線貫通。同時，也打開了“盾構(gòu)與磁浮”的新建設(shè)方式。

首用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機“零沉降”下穿敏感區(qū)

據(jù)了解，工程需下穿機場敏感區(qū)，也是機場區(qū)域內(nèi)首次以盾構(gòu)下穿方式施工。期間，需穿越T2航站樓指廊、停機坪、下滑臺及航油管線等多處節(jié)點，沉降控制及安全風險要求高、地下施工難度大。

“特別是，隧道地處湘東盆地，地貌為白堊系陸相低矮剝蝕殘丘，區(qū)間地質(zhì)條件復雜，隧道必須穿越強風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化泥質(zhì)粉砂巖等7種地層?！敝需F十四局項目盾構(gòu)負責人裴魯光說。

另一方面，則是中低速磁浮列車的工作方式對項目施工的地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了更高要求。中鐵十四局項目負責人楊令航介紹，施工沉降控制直接關(guān)系飛機起降安全，為確保沉降控制及施工過程的萬無一失，采用了2臺開挖直徑7.18米、開口率38%的復合刀盤的土壓平衡盾構(gòu)機，以增加盾構(gòu)機與掌子面接觸面積，減少周邊地層擾動。

同時，團隊布設(shè)了智能化監(jiān)測系統(tǒng)，以測量全圓觀測法精準控制盾構(gòu)姿態(tài)，在下穿機場敏感區(qū)過程中及時分析、預測和反饋信息，“指導”盾構(gòu)機掘進。

通過智能全天候監(jiān)測，機場敏感區(qū)沉降值僅0.2毫米，成功實現(xiàn)了盾構(gòu)機的“零沉降”下穿。

新工藝解決盾構(gòu)機小半徑大曲線始發(fā)難題

中低速磁懸浮，屬于新興軌道交通，轉(zhuǎn)彎最小半徑可達50—70米。轉(zhuǎn)彎半徑小、選線簡單等特點，讓它在都市圈、城市群建設(shè)中越來越多地被青睞。但同時也帶來了盾構(gòu)機在地下掘進施工中的小半徑掘進問題。

“盾構(gòu)機始發(fā)點，就在半徑300米的右轉(zhuǎn)曲線上。等于起步就面臨‘急轉(zhuǎn)彎’，難度相較正常的直線始發(fā)成倍增加。此外，項目全程，盾構(gòu)機必須在地下走過多個‘急轉(zhuǎn)彎’?！睏盍詈秸f。

為解決這一問題，團隊采用了割線始發(fā)工藝，成功解決了盾構(gòu)機小半徑大曲線始發(fā)問題。

盾構(gòu)機6次下穿機場航油管線，長距離下穿機場跑道下滑臺敏感區(qū)，穿越上軟下硬地層等風險源群……就這樣“挖呀挖”，中低速磁浮隧道實現(xiàn)了全線貫通。

“項目從長沙大道與臨空大道西北側(cè)的長沙磁浮快線接入，以300—350米曲線半徑向機場T3航站樓鋪設(shè)，線路全長4.454公里。建成投用后，乘客能從長沙火車南站乘坐磁浮快線直達T3航站樓。

同時，T2航站樓到T3航站樓的換乘時間僅需2分鐘。它實現(xiàn)了點對點快速接駁，是空鐵聯(lián)運的快速骨干客運交通線路?！遍L沙市軌道集團總經(jīng)理助理、磁浮線建設(shè)公司總經(jīng)理鐘可說。

盾構(gòu)機行業(yè)概述

盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進行“量體裁衣”式的設(shè)計制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進機已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

(全斷面)隧道掘進機里一部分采用盾構(gòu)法，一部分采用敞開式施工法，例如，由中國鐵建重工自主研制的全斷面雙護盾巖石隧道掘進機(TBM) 自帶雙護盾，不需要構(gòu)建(鋪設(shè))隧道之“盾”即不需要鋪設(shè)管片，而是集開挖、支護、出渣于一體，可以實現(xiàn)隧道的一次成型。

盾構(gòu)機根據(jù)工作原理一般分為手掘式盾構(gòu)，擠壓式盾構(gòu)，半機械式盾構(gòu)(局部氣壓、全局氣壓)，機械式盾構(gòu)(開胸式切削盾構(gòu)，氣壓式盾構(gòu)，泥水加壓盾構(gòu)，土壓平衡盾構(gòu)，混合型盾構(gòu)，異型盾構(gòu))。

盾構(gòu)機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。

盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)鏈上游包括鋼鐵、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等零部件及配套;從下游應(yīng)用來看，盾構(gòu)機從城市軌道交通逐步向鐵路、水利水電、公路、礦山等領(lǐng)域拓展，應(yīng)用場景持續(xù)拓寬。

盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研分析

我國全斷面隧道掘進機的保有量已近3000臺，行業(yè)的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進入重要發(fā)展階段，2018年全斷面隧道掘進機(盾構(gòu)+TBM,含再制造)為606臺，較2017年617臺減少1.78%。

2018年606臺全斷面隧道掘進機中有569臺盾構(gòu)機(含再制造)，占全部全斷面隧道掘進機的93.89%，37臺TBM，占全部全斷面隧道掘進機的6.11%。

在國家新一輪城市軌道建設(shè)規(guī)劃密集出爐的情況下，盾構(gòu)機租賃的需求也在逐步擴大，預計到2019年年底，需求規(guī)模約為137.32億元。

現(xiàn)階段我國處于高速發(fā)展時期，尤其是城市軌道交通建設(shè)以及城市地下空間開發(fā)更是急需發(fā)展。盾構(gòu)生產(chǎn)產(chǎn)量、制造工藝、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新都會有所突破。

國內(nèi)盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展趨勢是：適應(yīng)各種復雜地層、超大斷面、復雜斷面、長距離掘進、高速施工要求，基本上是一機多用，故國內(nèi)盾構(gòu)租賃業(yè)務(wù)大有可為。

所以，作為世界上能獨立生產(chǎn)硬巖掘進機(TBM)、并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三大企業(yè)之一的中鐵工程裝備集團，以及國內(nèi)其他大型裝備制造企業(yè)要認清形勢，創(chuàng)新營銷模式，努力做好盾構(gòu)租賃服務(wù)，為我國甚至是國際的軌道交通建設(shè)貢獻自己的力量。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及未來發(fā)展現(xiàn)狀趨勢預測報告》顯示：

據(jù)了解，采用盾構(gòu)法施工的掘進量占京城地鐵施工總量的45%，共有17臺盾構(gòu)機為地鐵建設(shè)效力。雖然盾構(gòu)機成本高昂，但可將地鐵暗挖功效提高8到10倍，而且在施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪音，地面不沉降，不影響居民的正常生活。不過，大型盾構(gòu)機技術(shù)附加值高、制造工藝復雜，國際上只有歐美和日本的幾家企業(yè)能夠研制生產(chǎn)。

2021年12月25日，應(yīng)用于我國最深海底隧道——深江鐵路珠江口隧道的“大灣區(qū)號”盾構(gòu)機成功在廣州南沙始發(fā)，正式開啟挑戰(zhàn)水下115米穿越珠江入?？诘氖┕?。

“大灣區(qū)號”盾構(gòu)機將應(yīng)用于深江鐵路全線控制性工程珠江口隧道的建設(shè)施工，深江鐵路是全國“八縱八橫”高鐵主通道沿海通道的重要組成部分，是支撐粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施，線路正線長116公里，途經(jīng)深圳、廣州、東莞、中山、江門5個地市。

2022年12月，由中國科學院金屬研究所李殿中研究員、李依依院士團隊牽頭研制的超大直徑盾構(gòu)機用8米直徑主軸承研制成功。

2022年12月15日從中國科學院獲悉，我國首套盾構(gòu)機用超大直徑主軸承研制成功，該主軸承直徑8米、重達41噸，是目前我國制造的直徑最大、單重最大的盾構(gòu)機用主軸承，將安裝在直徑16米級的超大型盾構(gòu)機上，用于隧道工程挖掘。

需求方面，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2022年中國盾構(gòu)機行業(yè)需求量達到578臺，預計2024年需求超過700臺。根據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)的國產(chǎn)盾構(gòu)機中直徑為6-8米的機型占比達到78.2%，是國內(nèi)企業(yè)主要產(chǎn)品類型，其次為8-10m，占比11.7%。

根據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年中鐵工業(yè)與鐵建重工分別銷售隧道掘進機229/222臺，CR2達到67%。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2022年公司在礦山/抽水蓄能/引調(diào)水工程盾構(gòu)機市占率分別達40%/80%/60%，隨著抽水蓄能、引調(diào)水工程新項目陸續(xù)落地，預計公司在新領(lǐng)域收入有望逐步釋放，帶動盾構(gòu)機業(yè)務(wù)收入上行。

盾構(gòu)機行業(yè)未來市場規(guī)模預測

從盾構(gòu)機行業(yè)市場規(guī)模來看，據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2022年中國盾構(gòu)機市場規(guī)模約為276億元，同比增長14.05%，預計2024年年市場空間達到400億元。

隨著我國基建大規(guī)模進行以及城鎮(zhèn)化建設(shè)、南水北調(diào)等重大工程戰(zhàn)略的實施。軌道交通、公路、水利建設(shè)等工程都將有大幅增長，越來越多的工程建設(shè)單位在隧道施工中首選更為安全高效的盾構(gòu)機，這也讓國內(nèi)盾構(gòu)機租賃市場前景相當廣闊。

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