济南地铁8号线终点站清源大街站封顶，济南地铁4号线山大路站施工正向地下进展……济南轨道交通建设正在加速推进。从今年开始，每年将开通一条新线路。盾构机，是地下工程建设的“神兵利器”。也是衡量一个国家高端装备制造水平的重要标志。在济南各地铁建设现场都有“山东造”盾构机的身影。
山东盾构机制造目前处于什么水平？应用如何？8月2日，大众新闻重磅推出“达开眼界·大国重器”首期直播“盾构机，山东造”，记者专访了济南重工集团智能掘进技术与装备研究院高级主管、盾构机主驱动研发团队带头人孟晓宁。
全球每10台盾构机就有7台来自中国
大众新闻：盾构机，被誉为“工程机械之王”，这是为什么呢？
孟晓宁：盾构机广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，与传统的隧道施工方法明挖法、爆破法相比，它的施工效率高、安全可靠、对施工环境的影响也小，是当前隧道施工的主要工法。
盾构机的零部件有数万个，是集机械、液压、电气、信息、传感等十多个学科技术于一体的高端隧道掘进设备。像一台6米级的盾构机，就有500多吨重、80多米长，施工时就像一条钢铁长龙，在地下凿石啃土，所以被称为“工程机械之王”也是名副其实。
大众新闻：如今，全球每10台盾构机就有7台来自中国，在全球的市场占有率超过三分之二。其实盾构机是“舶来品”，国外起步早。目前国内盾构机领域的制造能力如何？国内外还有没有差距？请您介绍一下。
孟晓宁：盾构机起源于18世纪末，一名叫布鲁诺尔的法国工程师设计并制成了世界第一台盾构机，应用于英国泰晤士河隧道。21世纪前，盾构机主要来自美国、日本和德国，这三个国家不仅把盾构机的研发技术牢牢掌握在自己手中，并且还将盾构机抬上天价。那时候，德国卖给我们一台旧盾构机，却要求我们以3亿多的新机价格付款。2008年，我国攻克了几千个核心技术要点，自主研发的第一台盾构机成功下线，自此开启了国产盾构的飞速发展之旅。现在我们国产盾构机在国际市场上的占有率已经超过70%，也就是说全球每10台盾构机就有7台来自中国，远超美日德三国。我国已经成为全球最大的盾构机市场，也是最大的盾构机生产国。
目前，在生产制造、售后服务、产品价格等方面，我们国产盾构机相比国外盾构机已具有明显优势，但在超大盾构的设计能力和市场占有率上，国产盾构还有一定的差距，需要我们继续努力。
掌握研发核心技术拉开盾构隧道智能建造序幕
大众新闻：常言道，万事开头难。从0到1转型研发制造盾构机需要魄力，更需要实力。请教您一个问题，盾构机的研发难点主要在哪？济南重工实现哪些突破？
孟晓宁：盾构机有一个最核心的部件，是研发的重点和难点，我们专业上叫“主驱动”，它被称为是盾构机的“心脏”。它是带动刀盘旋转破岩的装置，没有它，盾构机的“牙齿”就没有了动力，无法进行隧道的开挖。
主驱动在施工中承受巨大的载荷和复杂的工作环境，研发的关键是传动部件的计算和选型，比如电机的型号、齿轮的规格、轴承的受力等等。我们研发第一台盾构机的时候，主驱动上像减速机、主轴承等这些关键件还主要依赖于进口品牌，那时候很多国外品牌不相信我们济南重工能自主研发盾构机，对与我们的合作并不积极，我们就不断学习、探索，模拟计算施工中的各种复杂载荷，向他们展示我们的技术实力，最终完成了首台主驱动的研制。现在我们已基本掌握了不同规格主驱动的设计能力，真正掌握了盾构机研发的核心技术。
另外，济南重工集团和济南轨道交通集团、山东大学联合研发了“五官一脑”智能装备，可有效监测盾构开挖情况，为盾构安全高效施工保驾护航。该套设备首次搭载在我们“智慧一号”盾构机上，于2022年9月在济南6号线始发，拉开了盾构隧道智能建造的序幕。
大众新闻：今天前线记者探访了济南地铁施工现场，与现场工作人员了解了在地铁建设中盾构机的掘进运行情况。像这样一台盾构机从接单研发生产到组装验收交付，大概需要多长的周期？
孟晓宁：盾构机的交付周期是受多种因素影响的，一般需要半年到两年不等的时间。之所以周期差别会这么大，是因为我们盾构机的规格和类型非常多。盾构机的规格小到两三米、大到十七八米，跨度非常大，类型呢又分土压、泥水、TBM多种，尺寸越大、结构越复杂，就需要越多的设计、生产和组装时间。另外，盾构机是一种根据工程地质条件定制化的产品，定制化程度越高，设计制造周期也越长。
像地铁施工中用的盾构机，是一种比较常规的机型，这种产品已经基本实现了系列化设计，从接单设计到组装交付，基本可以在六个月内完成。但如果是一种新规格新类型的产品，从前期的方案制定到详细产品设计，仅研发周期就需要差不多六个月，再加上后期的生产、组装、调试，这个周期基本就会在一年以上甚至更多。
直径变大，研发难度随之变高
大众新闻：今天，在济南重工集团总装车间，我们看到一台正在紧张总装验收的盾构机直径有6米多。孟工，这是较常规的盾构直径吗？在研发盾构机过程中，直径有没有变化，经历了怎样一个过程？
孟晓宁：刚才看到的就是即将投入到咱们济南地铁二期施工的一台盾构机，它的直径是6.68米。在国内，地铁工程隧道的直径一般是6米多，这种尺寸的盾构机我们称为常规盾构。但盾构机的应用场景是非常广的，像3-5米直径的供热、供水、燃气等的综合管廊项目，9米左右的城际快线项目，以及10米以上的穿江隧道、公轨合用项目等等。
济南重工集团从2015年开始生产盾构机，仅用不到一年的时间就完成了山东省首台大直径地铁隧道盾构机“开拓一号”的生产下线，目前我们生产的盾构机已经从6米增加到9米，今年更是完成了全球在建工程最大直径17.5米盾构机“山河号”的组装下线。
规格的变大不仅仅是尺寸的变大，更是带来了设计、加工和装配难度的增大，尤其是设计方面。大盾构在隧道里的开挖面是非常大的，有好几层楼高，如何保证这个开挖掌子面的稳定性，对整体设计的要求非常高，另外受加工、吊装、运输等能力的限制，需要对刀盘、盾体等一些关键大尺寸结构件做分体设计，这对设计精度的要求也是一个挑战。在整个研发过程中，我们会进行多次的设计论证和方案优化，来保证盾构机施工时的安全性和可靠性。
从服务全省，到服务全国向高端化、智能化和绿色化盾构机挺进
大众新闻：据了解，济南重工集团的目标是“济南造济南用，济南造中国用”。请您分享一下济南重工盾构机在省内、省外的服务情况。
孟晓宁：我们做盾构机的第一个目标，就是“济南造，济南用”，这个我们已经实现了，济南重工制造的盾构机在济南轨道交通建设中立下了汗马功劳。
第二步就是“济南造，中国用”，这个目标也已经部分实现了，2018年，我们的盾构机首次走出济南，应用到了福州地铁6号线，后来逐步应用到北京、杭州、天津、南京等省外的14个城市，在广州珠三角水资源配置工程、深圳粤港澳大湾区城际轨道项目等隧道建设中大显身手。
现在，我们正向着“济南造，世界用”的方向努力，让“济南造”盾构机走出国门、走向世界。
大众新闻：孟工，目前手头在忙哪些项目，可否分享下一步工作计划。
孟晓宁：当前，我们工作重点首先就是保证济南地铁二期施工用盾构机的设计，二期施工的这几条线路遍布济南的东西南北，地质条件复杂多变，我们要设计出更可靠的盾构机，在“保泉”的同时，让我们的市民朋友们更早的坐上地铁新线路。
第二个就是新产品的研发。目前，公司在TBM也就是硬岩掘进机上的技术与国内外还有较大差距，我们正在进行攻关，希望能有新的突破，同时，拓展市政工程、煤矿、地下停车场、电力管廊、热力输送等盾构应用新场景，不断丰富产品系列，提高市场竞争力。
另外，我们也在与科研院所合作，持续推动智慧盾构项目，在管片自动拼装、盾构自主掘进等方面进行研究，进一步实现盾构机的高端化、智能化和绿色化。
（大众新闻记者 王雅洁 张九龙 吕乐 申家鑫 风信子工作室出品）
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