本文转载自：蒋校长（ID:jiangxiaozhang666）
撰文：权周
上个月，拉林铁路（拉萨—林芝）正式通车。
全线435.5公里，34个车站，西藏各族群众“坐上动车去拉萨”的梦想得以实现。
至此，藏东南地区结束了不通铁路的历史，复兴号动车组对31个省区市实现全覆盖。
拉林铁路于2015年3月开工建设，90%的路段都是3000米以上的高海拔地区，除了高寒缺氧强辐射这样严酷的自然环境，还有冰碛层、强岩爆、高地温、软岩变形这样极端复杂的地质环境。
在如此复杂严酷的地质条件下，拉林铁路桥梁120座，隧道47座，桥隧比高达74.66%，居世界高原铁路桥隧比第一。
74.66%不算高，因为川藏铁路的另一段，雅安至林芝线，桥隧比高达95%。
雅林段计划工期3651天，2020年11月8日开工，2030年11月9日竣工，真正的“十年磨一剑！
基建狂魔也要10年才能攻克的雅林段全长1011千米，而桥梁隧道总长达到了958公里，其中隧道72座，合计长838公里，最长的易贡隧道达到了42.5公里。
这是什么概念？
截止到2020年年底，北京地铁运营总里程“只有”727千米。
全国目前最长的隧道是秦岭终南山公路隧道，18.02公里，但在雅林段长度超过30公里的隧道就有6条。
在全世界地质条件最复杂的世界屋脊上，挖出全世界最长的隧道，网友形容说，这是一条修在天上的高速地铁。其地质条件之复杂、建设难度之巨大，完全超出地球上已有的所有建筑工程的难度水平。
拿下这条天路的关键，就在于隧道施工。而论隧道施工能力，中国是全球的第一档，独一档。
穿山入地，土下掘进，这一切都离不开真正的国之重器，盾构机。
中国在盾构机领域的赶超之路，就像青藏高原上的天路一般波澜壮阔。
01.受制于人
传统的隧道掘进，一般用的是矿山法，先用锤子钢钎在岩面上凿出几十个均匀的小孔，然后在小孔里放炸药或者直接用炮轰，同时做好起爆位置的支撑，最后引爆炸药把岩面炸松，才能向前挖。
挖不动就炸，炸完了再挖，挖不动再炸，如此往复。
一定别心急求成加大炸药量，要不然容易把整条隧道都炸塌了。而且整个隧道的直径就那么大，你压多少人上去都没用，就是挖一点炸一点，慢慢向前推进。
而且矿山法还有一个更大的问题，就是排烟。
随着隧道越挖越深，炸药炸完之后的烟根本排不出去，工人们经常被熏倒。
1974年在南疆铁路上挖奎先隧道的时候，在前面放炮引爆的一个排里有26个战士被毒烟呛晕了21个，剩下5个人坚持放完最后一排炮，才背着战友离开。
365天全年无休三班倒，就这样拿战士们的命去拼，这条6152米长的隧道我们还是挖了整整三年的时间，平均每天挖不到6米。
“钢钎加大锤，打眼再放炮”，利用矿山法修建隧道的战士们，戏称自己为“除渣工”。
更要命的是，“除渣工”不仅辛苦，还很危险。南疆铁路修了5年，一共牺牲了268名铁道兵战士。
有没有什么办法，能够提高工程效率并降低工作量，不再用工人们的生命去填到隧道工程里。
盾构机，就是隧道施工的神兵利器。
盾构机是一个圆柱形的大壳子，最前方一个圆形可转动刀盘，在千斤顶的推力之下，刀盘转动，把前面的岩石土层掘起，再通过内部的管道将土运出去，前面一边挖，后面的工人就一边把隧道的承重结构还有内壁给搭起来了。
用上盾构机之后，隧道的掘进速度可以达到原来的8-10倍。
北京地铁从1965年到1984年，整整20年的时间，就开了2条线，一共不到50公里，合一天挖5米，而且这两条线建成之后，十几年的时间都没有新线路开通。
一方面是因为开凿隧道的成本太高，另一方面则是风险太大，上面都是城区还有古建筑，矿山法开隧道连炸带凿，安全隐患大，噪音也大，严重影响地面正常工作生活。
2004年1月，北京地铁第三条地下线路5号线全面开工，到2006年7月底，轨道铺设全面竣工。其中单日掘进量达到22.8米。
地面上一切如故，地面下蛟龙齐进。
从五号线之后，北京地铁两三年就能完成一条新线路，中国的地铁修建速度一日千里，这都是因为有了盾构机。
早在1825年，法国人布鲁诺尔就发明了初代盾构机，并用于泰晤士河的隧道修建。
从1863年伦敦第一条地铁线路，到1900年前后巴黎、柏林、纽约等各大城市的地铁线路，其地下隧道都是用盾构机挖成的。
中国在盾构机的应用上，比国外迟了一个多世纪。
一直到1997年修建西康铁路秦岭隧道，中国才从德国引进了两台盾构机，这两台大家伙的使用，直接让秦岭隧道提前10个月贯通，而且安全事故数量下降了75%。
各地一看，盾构机这玩意好啊，开始大量购买，广泛应用到铁路公路隧道还有城市地铁修建上，随着我国在基建上的持续发力，到2000年前后，我国盾构机的需求量占到了全球的六成。
国内越是依赖盾构机，掌握技术优势的西方国家就越把我们当冤大头往死里敲竹杠。
秦岭隧道用到的那两台，一共花了7个亿，买过来之后一旦出了问题，我们还得求着外国的专家来维修保养。
换一把刀片，德国专家需要两天，要价20万。
2001年广州地铁2号线施工中，刀盘上的刀片在旋转掘进过程中脱落，还硬“拽下来”一部分刀盘元件，国外专家张口就是我们操作失误，要300万维修费，也不管是不是他们在设计或者安装时出了问题。
来人修理时拉起警戒线清场，生怕我们的技术专家在一边偷学“核心技术”。
但没办法，中国的基建就是绝对离不开盾构机，国外就是吃住了这一点，所以我们只能忍气吞声地花钱当孙子。
想要扬眉吐气不再受制于外人，中国就必须要拿下盾构机的自主研发生产。
02.斗智斗勇
从零开始又谈何容易，国内当时根本没有盾构机的相关人才，中铁工程装备集团接下盾构机研发项目后，第一期报名并通过选拔的工程师只有18人，而且都没有见过盾构机。
项目启动之后，研发团队做的第一件事就是跑到各大城市的地铁还有隧道施工现场，从实物还有图纸一点点了解盾构机。
当自主研发团队还在从零补课的时候，前进的力量就只能来自于一线施工人员。
2003年，北京地铁10号线开工。
10号线属于奥运会的配套设施，当时我们的承诺是，北京会在奥运会开办前建起从机场到奥运村的地铁线路（10号线）。
因此10号线必须在规定工期前保质完成，一点岔子不能出。
黄昌富带领的突击队负责六标段项目，双线总长3.48公里，单线长度近7公里，这是十号线地质情况最复杂的一段，属于砂卵石路段。
▲施工现场的黄昌富（中间）
当时用的是德国的盾构机，根据这台德国盾构机的原设计，每掘进600米换一次刀具，但在这个标段，最多只能挖300米。
有一次挖了230米刀具已经磨损严重，但是换刀的德国人短期内来不了，项目组不想停工，于是又坚持了50米，最后整个刀盘都磨坏了，盾构机被迫停机。
每230米换一次刀具，7公里需要换30次刀具，更换一次刀具之前必须采取注浆、打搅拌桩和旋喷桩等措施对地基进行加固处理，至少要停工3天；一盘进口刀具再加上人工费、加固费还有工人停工工资等各类费用，将近300万。
也就是说10号线六标段仅仅在换刀具这件事上，就要耽误三个月的工期，多花将近一个亿。
▲换刀具就是更换蓝色的小“滚轮”
黄昌富找到了德国的技术代表，要求对刀具进行改进，但高傲的德国专家拒绝了他，拒不承认盾构机设计有问题。
黄昌富认为，既然你们不认为自己的刀具有问题，那就我们自己来改。
德方又态度严厉地威胁：如果你们擅自对我们的机器改变设计，那出了问题之后，我们将不负担任何责任。
潜台词是，现在你们嫌换刀具贵？如果改完了再出问题，我们再维修的钱会比换刀具更贵！
黄昌富没有被吓住。
他找来了国内刀具厂的专家，对这款盾构机刀盘进行了细致地研究，发现刀具的数量、排列顺序、刀盘的开口率，这些参数都不适合这一段的砂卵石地质条件，都需要进行优化。
还有最关键的是将刀具中镶嵌的硬质合金的材料和尺寸进行了优化，换成了锰钢，同时在刀盘背面增加了一片背刃。
采用了国产化刀具之后，3.5公里的隧道少换了8盘刀具，节约工期80天，节省成本5600万。创造了盾构机在砂卵石地层单次掘进1070米不换刀的世界记录，而且在整个掘进过程中，没有出现任何一次安全事故。
2005年，南京长江隧道动工，这是国内首次运用大盾构技术开展水下隧道施工，而且还是这样一个难度超大的项目。
隧道开挖直径14.96米，为同期全球最宽的水下隧道之一。地形复杂，隧道上方覆土层薄，并且属于粉细砂层，坍塌风险极大。还有最大的难题在于换刀，隧道在江底穿过多种地质层，对刀具的磨损极大，掘进1公里相当于普通的地铁盾构掘进6公里，在江中石英含量最高的砂砾层中掘进1公里相当于地铁掘进10公里。
6042m的隧道，需要换几十次的刀具。
德国人派来的技术专家，换一把刀片需要2天，费用为20万元。中国工人看过几次之后对着图纸自己摸索研究，慢慢也琢磨透了换刀。
后来等我们的工人学会之后，一个组一天可以换8把，效率提高了十六倍，而工资只要5000元一天。
2009年，南京长江隧道全线贯通，我国的隧道施工能力达到世界先进水平，从南京长江隧道出去的工程师，都能够胜任各地地铁和隧道项目的项目经理。
虽然此时中国的盾构机还未能完成自主研发，但国外盾构机在华市场的绝对支配地位，已经被一线工人的努力所动摇了。
原来地铁隧道盾构掘进1米要8万块，现在只要3万，德国人安一个管道要一周，中国工人只用一个晚上就能完工。
靠着聪明勤奋能吃苦，中国工人很快就把外国技术专家的饭碗都砸了。
黄昌富底气十足地说：“现在我们这些农民工技术大拿，他们的技术比最初国外请来的技术专家要高。”
03.从无到有
一线的操作人员通过聪明肯干，能够解决优化施工更换部件这些事情。
但再牛叉的王牌汽修工，也不可能研发出汽车发动机，一线人员只能助力，想要真正实现崛起，还得靠我们的研发人员。
2002年，科技部高新司把盾构机列入863计划，国家提供专项资金投入，中铁工程装备集团在河南新乡建成了盾构产业化基地，全力突破盾构机技术。
我们采取的主要思路是先拆解结构，再替换零件，最后完成自主设计，逐步提高盾构机元件的国产化率。
换言之，我们是先把进口盾构机彻底吃透了揉碎了，再换上我们的国产件。
最早做出成绩的是上海隧道股份公司，2004年，“先行号”研制成功，在工程应用中，“先行号”先后创造了日掘进38.4m和月掘进566.4m的纪录，刷新了当时国内地铁盾构机单日推进和单月推进的最高纪录，“先行号”国产化率达到70%，一举打破了中国地铁隧道建设“洋盾构”一统天下的局面。
2006年12月，“先行2号”正式上线，这是我国第一台国产商品化盾构机，“先行2号”实现了从产品到商品的飞跃，从此盾构机国产化不只是研发任务，而是要面向国内地铁隧道施工的大规模使用。
和当时进口货里最便宜的日本产盾构机相比，“先行2号”的价格只有其70%，后续的更换刀片还有维修成本更是不到三分之一，但当时很多国内的施工单位都不愿意用国产盾构机。
大家都怕新产品不稳定，一旦出了问题，轻则增加成本耽误工期，重则造成安全事故，虽然进口盾构机价格高，但很多项目部本着稳字当头的原则，优先采购进口盾构机。
中国工程院院士、中铁集团副总工程师王梦恕公开批评各地的施工单位：广州、深圳、北京、南京等城市的地铁项目，不敢用也不愿用国产盾构机掘进隧道，必须规范这种“崇洋媚外”的行为。
王梦恕曾经为盾构机国产化提供过真知灼见：以工程为依托，以施工单位为主体，联合国内有关的重型机械厂生产。
国内项目不愿意用国产盾构机，“工程依托，施工单位为主体”这个市场就建立不起来，没有市场反馈，研发和生产单位既没有动力，也没有资金进行后续的改进工作。
王梦恕建议，北方的北京、天津应该优先开始使用国产盾构机，因为那里的地铁穿越层条件比较好，对盾构机的技术参数要求相对较低，便于为迅速实现国产化替代树立样本。
2008年4月，中铁工程装备集团传来了好消息，我国第一台拥有自主知识产权的复合土压平衡盾构机“中铁1号”研制成功，
“中铁1号”的处女秀，就是天津地铁3号线。
就在盾构机的施工上方，有张学良故居，还有著名的“瓷房子”，整栋建筑，全都是纯瓷器建起来的，一共用了一万七千多件古瓷器，四百多件汉白玉石雕，还有7亿古瓷片，总价值至少10个亿。
一旦地面出现塌方甚至是过大的震动，都有可能损坏掉这座脆弱的建筑。
“中铁1号”总设计师王杜鹃知道自己的设备要用到天津地铁上，但当他亲自勘查现场知道瓷房子离地下隧道只有10米的时候，还是吓住了。
“我们一台机器才几千万，我们肯定赔不起。”
刀盘在地下掘进，每前进一米，大家的心里就愈来愈揪紧起来，可事情还是发生了。
咔嚓一声，盾构机的主轴裂开了。主轴是盾构机链接刀盘还有液压装置的核心部件，相当于整个盾构机的承重大梁，王杜鹃当时就是怕出岔子，特意用的是进口轴承，但偏偏是进口轴承没承受住裂开了。
所幸这次意外没造成别的安全事故，停工加固隧道后，再给盾构机换上国产主轴承，耽误两天之后照常开工，没有出现其他问题。
一直到和平路至营口道这一段地铁修完，再没有出现过别的问题，中国的国产盾构机，终于经受住了挑战。
04.傲立世界
“中铁1号”的成功，拉开了中国的国产大盾机时代。
从落后百年到迎头赶上，中国人只用了10年。
2010年，铁建重工自主研制出国产化率达87%的首台土压平衡盾构机，令“洋盾机”的市场价下降30%；
2013年，铁建重工研制的全球首台煤矿斜井TBM下线，开创了盾构机在煤矿领域应用的先河；
2014年，中铁工程装备研制出了当时世界最大的矩形盾构机；
2015年，中铁工程装备研制出了硬岩掘进机，让我国在硬岩掘进机领域进入世界前列……
铁建重工、中铁工程装备、上海隧道、中交天和，北方重工，几乎在同一时间，国产盾构机联合起来向洋品牌发起了进攻，2008年，“中铁1号”刚刚诞生的时候，国内盾构机市场85%的份额都被洋品牌把控。
只用了不到3年的时间，国产盾构机就占到了国内市场的90%以上。
国产盾构机的下一步，就是走出海外、走向世界。
德国的海瑞克和维尔特、日本的三菱、日立、川崎，还有加拿大的罗法特和美国的罗宾斯，这些昔日在中国市场趾高气昂的洋品牌，只能默默接受国产盾构机在全球市场上向他们发起的总攻。
2012年，马来西亚的轨道交通MRT项目动工，最开始是抱着试一试的心态找到了中铁，并采购了“中铁50号”和“中铁51号”，结果开工之后才发现，只有德国海瑞克价格一半的中国盾构机简直太好用了。
不仅创下了单日掘进21米的马来西亚地铁掘进速度记录，而且在遇到一块硬度达到300兆帕（远超地质报告预估强度80兆帕）的孤石时，刀头依然可以顺利通过且不损坏。
马来西亚项目的成功为中国盾构机打开了国际市场。
就和中国高铁一样，盾构机成为了中国技术出口海外的一张全新名片。
在黎巴嫩的首都贝鲁特，那里的居民常年都没有卫生的饮用水，居民只能靠井水甚至雨水维持日常用水。黎巴嫩政府决定从一个南部山区的水库挖一条引水道通到贝鲁特。
气候常年干旱少雨的黎巴嫩蒸发量极大，因此只能通过挖地下隧道的方式完成引水，需要一条直径3.5米的引水隧道。
当时所有厂家的盾构机都在往大了做，从直径7米做到10米再做到12米，但是黎巴嫩的需求是直径3.5米，根本没人能做出直径这么小的盾构机。
▲全球开挖直径最小的盾构机
中铁工程装备接过了这个硬茬，成功研制出了全球最小直径的盾构机“中铁237号”和“中铁238号”，帮助黎巴嫩160万人解决了生活用水问题，中国的盾构机也在中东地区彻底打开了知名度。
▲中铁装备助力黎巴嫩贝鲁特引水工程
2019年12月，中铁工程装备的“中铁777号”、“中铁778号”出口到法国，用于法国16号线2号隧道的建设。
2020年5月，中国铁建的“胜利号”在莫斯科投入使用，不仅可以有效适应莫斯科河畔复杂地层及长距离水下掘进要求，还能在零下30度极寒条件下工作。
意大利、澳大利亚、新加坡、丹麦，越来越多的发达国家的地铁、公路、引水工程项目中都开始出现中国盾构机的身影。
如今的中国盾构机，依然还在不断突破着自己。
2017年，中铁工程装备的总工程师王杜鹃在新闻发布会上表示，盾构机世界第一的品牌是德国的海瑞克，由于我们的技术积累有限，在轴承技术方面，还有差距。
如今这个最后的山头也被我们拿了下来。
2020年9月26日，“中铁872号”首发应用于苏州地铁建设，这是我国首台使用国产主轴承的盾构机，标志着我国在盾构机领域内已经没有技术短板，做到了耐用、低价、技术先进。盾构机已经和高铁、桥梁建设、特高压输电一样，成为了全世界的第一档、独一档！
从最早的国产化取代国外盾构机，到后来的出口海外进入发达国家，到今天，中国盾构机的赶超目标已经成为了自己。
不断超越技术极限，不断创造工程奇迹。
苏州的桐泾路隧道，全长两公里内分布着万顺楼、报恩禅寺等古建筑构成的国家AAAA级山塘历史文化街区，中间有河流穿过、还有需要无缝衔接运行中的沪宁城际高铁、京沪铁路、北环快速路等重大风险，这条短短两公里的隧道早在十几年前就开始规划，但一直没有动工，当地人称它为超级断头路。
2020年10月26日，由中铁十四局与铁建重工联合研发的国产“姑苏号”大直径盾构机在此始发，耽搁十余年之久的断头路终于又一次启程。
2021年1月，地下隧道顺利从沪宁城际还有京沪铁路下穿过，标志着桐泾路隧道最严峻的两大技术难点已被攻克，2022年，该隧道将正式建成通车。
还有芜湖城南过江隧道，位于长江皖江段“大拐弯”处。中国工程院院士钱七虎评价为“目前长江上地质条件最为复杂、施工难度最大、风险最高的盾构隧道”。
2004年就被列入《长江干流过江桥梁（隧道）建设规划》，但因为工程难度太大，一直到2017年7月，项目才正式开始施工，而其中最复杂的过江隧道，迟迟没有动工掘进。
项目组一直在等待着铁建重工为这条隧道专门研发的盾构机。
3月26日，铁建重工的“皖江奋斗号”在长沙下线，开挖直径达到15.07米，同时还具备滚刀齿刀互换、主驱动伸缩和有害气体探测等功能，更换刀具的时间更是缩短到4小时之内，达到世界最先进水平。
在珠海的兴业快线上，超大型掘进同步拼装盾构机可以做到掘进过程中同步拼装管片，施工速度相较于传统盾构机提升了30%-50%。
在郑州地铁三号线，实现了世界首个5G技术保障下盾构法掘进地铁隧道项目的贯通，标志着我国在盾构机数据无线传输方面拥有了创新研发实力。
中国工程院院士杨华勇表示，中国盾构下一步将挑战18米直径的世界纪录。
上天有神州，下海有蛟龙，入地有盾构。
国之重器，所向披靡！
写在最后
国外百年的积累，我们用十年赶上，并且我们还要做的更多。
盾构机不仅要做“争气机”，更要成为发达国家“粉碎机”。
到现在为止，中国盾构机已经拿下国内90%的份额，以及全球接近70%的份额，更把西方国家同类产品的价格打下来一大截。德国日本当年卖几个亿，现在只能卖几千万。
因为中国在倒逼着国外所有盾构机厂家降价提升性价比，如果他们不降价，那他们的产品就是毫无竞争力，只有死路一条。
中国的盾构机，带动了世界盾构机整体的行业升级，帮助全世界所有国家能够花更少的钱买到更高性能的盾构机，从而更快地推动基础设施建设。
为什么管中国叫发达国家粉碎机？
一旦中国在这个领域内取得突破，那发达国家的好日子就结束了，仗着发展早能躺在技术积累上收租的模式就不复存在了，没有技术垄断，那就要拼产品力，拼研发人员的智慧，拼一线工人的勤劳，拼这些东西，中国人没有怕的。
一个清华的土木工程博士曹丰泽选择了前往非洲，去坦桑尼亚，做一个水电站的工程师。
在被问到为何清华博士毕业而要去非洲时，他给出了自己的理由。
我说出来，希望你不要笑话我：“一个共产党员的一生，究竟应该如何度过？”
他谈到了毛泽东的三个世界理论，第三世界的国家该如何发展？能够为第三世界国家做些什么？
“我在非洲感受到最令我痛苦的，莫过于人类发展的不均衡。在第一世界的发达国家，一个最普通的人的生活，对非洲人来说都是无法想象的天堂。哪怕能够在非洲推广一些上世纪五六十年代的科技，都可以为当地百姓的生活带来翻天覆地的变化。”
“问题根本不出在技术上，恰恰就出在政治上，出在这个有问题的国际环境上。”
“在赞比亚，一个结实的无纺布袋子，在超市要卖到合人民币35元，相当于一名工人两天的工资，而这种袋子，就是你从超市里拎回来准备扔掉的…..”
对于这样的现实，你不想改变他吗？
“作为曾经遭受过苦难，如今刚刚摆脱的我们，是继续看着这种极端不均衡的世界永远像现在这样维持下去，还是从现在开始思考，我们应当做些什么，来改变这种极端的不均衡、不合理？”
非洲人民同样有权利享受着24小时通电的便利，所有的发展中国家人民，他们也想在时速200km的现代化高铁上用着智能机拍下远方的风景。
这些科学技术的成果，这些现代化的生活方式，凭什么只有发达国家的国民才能享受到？
仗着先发展的技术积累，拼命的锁死核心技术赚取高额利润，同时阻断发展中国家的上升道路，这就是发达国家可以轻松维持高收入高福利的本质。
中国的高铁技术源自德国和法国，中国在过去10年的时间里在海外援建了多少铁路？德国法国可曾在海外援建铁路？
那些真正有助于提高发展中国家国民生活水平的科技突破，只有被中国攻克了，市场价格才能降下来，更多的发展中国家才能用得起，而且中国也会以更开放的态度提供援助。
我们无比真诚而坚定地希望，中国所突破的每一项重大科技成果，都能让更多发展中国家也从中获益，都能让更多人的生活水平真正得到提高。
星辰与大海是我们的征途，让更多的人看见星光、听见涛声，也是我们的心愿。
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