国产盾构机稳占80%份额,超大直径盾构发展迅猛,国之重器强势崛起

2018/1/23/18:16

    当前,新一轮科技革命和产业变革与中国转变“不平衡、不充分”的经济发展方式形成历史性交汇,国际产业分工格局正在重塑。制造业,支撑着中国成为世界第二大经济体,然而,在自主创新能力、产业结构水平、智能化等方面与世界顶尖制造业尚存差距,转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。

    截至2017年12月31日,全国大陆共有32个城市开通运营轨道交通,运营里程约4750公里(含磁浮、有轨电车);已开工建设轨道交通的有53个城市,规划建设规模超9000公里。国家“《十三五现代综合交通枢纽发展规划》”中,预期到2020年运营里程达到6000公里的指标有望提前突破。

    2012-2016年盾构机销量分析

    “工欲善其事,必先利其器”。轨道交通快速发展,离不开装备制造业。中国盾构机,逐渐从“中国组装”发展至“中国制造”,并已向“中国智造”蜕变,成为城市轨道交通建设的强劲引擎。在巨大的轨道交通建设市场下,盾构掘进机械需求旺盛,行业高速增长。

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2012-2016年全断面隧道掘进机销售台数统计表

    据中国工程机械工业协会掘进机分会统计数据显示,2016年的销售台数同比2015年增长了46%,销售额高达169.76亿。产业规模方面,掘进机连续五年每年增长都在20%左右,我国一跃成为全球最大的全断面隧道掘进机生产国和最大的市场。根据2016年数据,中铁装备、铁建重工、中交天和、三三工业、北方重工、中船重装等中国品牌盾构机已抢占国内80%的市场份额(按台套计算)。这与2016年、2017年国内轨道交通行业的大力发展密切相关,掘进机械行业继续高歌猛进,所有的盾构机生产企业抓住“十三五”规划的历史机遇,卯足马力提高产量。

    根据中国隧道网目前掌握的情况,目前参与国内地铁建设的前两大央企(中铁建、中铁),盾构机保有量超过500台;盾构机再制造需求量同步增大,其中核心技术主轴承再制造,洛阳新强联、LYC洛轴等企业技术靠拢顶尖制造业水平,补上了盾构机再制造的短板;中国隧道网预计、盾构机市场进入爆发期,盾构机再制造市场将在2018年需求陡增。

    盾构机种类占比情况分析

    从2016年生产销售的盾构机的类型来看,复合式土压平衡盾构机占大多数,一方面说明国内的地质情况复杂多变,除了软弱地层之外,大多数是盾构机是在复合地层中掘进,另一方面在相当一部分软弱地层中,有很多情况下是土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机均可以适应的,若非对掘进有特别要求,选用土压平衡盾构机可以提高工效,降低施工成本。值得注意的是,TBM的市场额份额有所提高,TBM不光在山岭隧道施工,也进入了城市地铁行业。

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    中国盾构发展历程

    1、从黎明期到技术创新期

    2009年之前,我国大约有85%的盾构掘进机依赖进口。其中,占据欧洲大半市场份额的德国海瑞克,以产量1670台居世界首位的三菱重工,以及拥有多个品牌的德国维尔特的表现最为抢眼。其中海瑞克就占据国内盾构机市场的70%以上。中国企业若不能改变这种被动局面,盾构的“话语权”将掌握在外资手里。

    其实,早在1953年,我国就有应用盾构法进行隧道施工的先例。1966年,由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂有限公司自行设计制造了国内第一台Φ10.22m网格挤压盾构,应用于中国第一条越江隧道——上海打浦路越江隧道施工,打破了外国专家“在上海挖掘隧道就好比在豆腐里面打洞”的预言。

    从2002年开始,中国致力于“造中国最好的盾构”。国家科技部将盾构技术研究列入“863”计划,实现中国盾构从有到优的历史突破。

    中国盾构一发不可收拾。2004年10月,上海隧道工程股份有限公司推出第一台具有自主知识产权的“先行号”地铁盾构样机。2006年底,“先行2号”盾构在沪制造安装完成并正式下线,首次实现了国内地铁盾构的批量生产。2008年4月,依托“863”计划,由中铁隧道集团隧道设备制造公司牵头研制的复合盾构“中国中铁1号”下线,成功地实现了从“造中国人自己的盾构”跨越到“造中国最好的盾构”这一梦想。2009年9月,一台直径为11.22m的具有自主知识产权的大直径泥水盾构“进越号”成功贯穿上海打浦路隧道复线工程,标志着我国进入了具备大直径泥水盾构自主设计、制造和施工技术的盾构大国行列。

    2、“异彩纷呈”的跨越发展期

    “上天有神舟,下海有蛟龙,入地有盾构”。从2009年至今,随着我国基础设施建设开展,给予了盾构制造企业技术足够的实践案例及数据支持,盾构的新理念、新技术、新工艺不断涌现。盾构行业经过多年的合纵连横,铁建重工、中铁装备、中交天和、三三工业等已成为中国盾构企业中的佼佼者。

    铁建重工

    十年积累,中国铁建重工集团有限公司(简称“铁建重工”)从最初的高速道岔生产基地发展到掘进机、特种装备、轨道设备、磁浮装备四大产业板块,弯道超车,厚积薄发,一跃成为世界一流的集高端地下装备和轨道设备研究、设计、制造、服务于一体的自主品牌。拥有盾构TBM的先进生产设备200多台套,盾构TBM年产能力达120台套。

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2016年6月5日,国产首台“大埋深、可变径”的大直径全断面岩石隧道掘进机(开挖直径6.53m)

    中铁装备

    中铁工程装备集团有限公司(简称“中铁装备”)的发展历程是中国盾构崛起的缩影。2013年11月成功收购德国维尔特公司岩石隧道掘进机业务,成为国际知名的隧道装备综合服务商。该公司具备年产盾构、TBM等150台的产业化能力,拥有13大盾构制造基地。

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世界首台超大断面马蹄形土压平衡盾构(11.9mx10.95m)

    中交天和

    中交天和机械设备制造有限公司(简称“中交天和”)系中国交通建设股份有限公司成员公司。中交天和具备年产盾构60台(套)的生产能力,截止2016年5月,中交天和共制造、维修盾构105台(套)。

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直径14.93m的“天和号”超大泥水气压复合盾构

    三三工业

    2014年辽宁三三工业有限公司(简称“三三工业”)全资收购世界500强、国际工程机械第一品牌美国卡特彼勒公司的子公司——卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司,成为全球隧道掘进机制造业领军企业之一。具备年产100台(套)盾构TBM的能力。

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用于卵漂石地层的复合式土压平衡盾构(直径6.28m)

    中船重装

    “盾构新星”中船重型装备有限公司是中国船舶工业集团公司的直属企业。2012年,传承中船集团50年来盾构制造的经验和积累,于广州南沙成立了研发制造地下空间工程装备的中船重型装备有限公司。有着军工背景的中船重装经历短短4年的发展,已成为盾构制造领域广东省国产品牌第一,具备年产50台套的能力。

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直径6.46m的复合式土压平衡盾构

    盾构产业地图

    目前,我国辽宁、江苏、山东、河南、湖南、广东等省区在盾构机制造上发展强劲,主要得益于其自身工业基地的技术优势和资源优势。多地政府投入资金、政策打造高端装备制造园区,助推了中国全断面掘进机产业井喷式的高速发展和走向海外。

    下图是部分全断面隧道掘进机企业分布图:

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超大直径盾构发展迅猛

    截止到2017年末,据不完全统计,世界上直径超过14m以上的盾构机数量约42台,其中19台在中国。2017年多个超大盾构项目“异彩纷呈”。

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中国部分超大直径盾构的应用和发展

    2017年8月,上海北横通道II标工程直径15.56m的超大直径泥水平衡盾构“纵横号”完成了首段急曲线施工,北横通道主线盾构法隧道长达6.4km,隧道线路中最小转弯半径仅500m。

    2017年10月26日,由中国中铁装备集团生产的直径15.03m的超大直径泥水平衡盾构机“中铁306”下线,这是迄今为止我国自主设计制造最大直径的泥水平衡盾构机。该盾构机将应用于国内最大直径海湾盾构隧道,首座地处8度地震烈度区的盾构隧道——汕头市海湾隧道。

    2017年11月13日,珠海横琴新区马骝洲交通隧道西线采用直径14.93m的泥水气压平衡盾构机“任翱号”克服复合地层全线贯通。

    2017年,备受瞩目的深圳春风隧道工程盾构采购项目已完成招标、选型工作,将采用一台直径15.76m的气垫式泥水平衡盾构机,并配置了常压换刀刀盘,常压换刀刀具全覆盖。预计将于2018年6月始发掘进。

    未来展望

    通过不断努力,如今,我国已全面掌握盾构机的核心制造技术。我国已启动掘进机器人的研发,中国盾构机正朝着智能化方向迈进,所谓智能化就是将传感技术和检测技术加入其中,包括人工操作向智能化操作转变,实现机械化和信息化的集成,以达到盾构的智能化。

    另一方面,我国各地复杂不一的地质情况既给了盾构施工企业攻坚啃难的机遇,也同时促进了盾构施工的技术发展。许多企业也在这方面进行了有益的探索和试验,并获得了一批新技术、新工艺成果。如双模式盾构机、整体式滚刀、滚刀工作状态无线检测和传输、冷冻式刀盘、主驱动高承压系统、伸缩摆动式主驱动、大直径盾构机常压换刀、钢套筒盾构始发和接收、衡盾泥开挖面稳定技术、复合地层盾构施工隐蔽岩体环保爆破等新技术和新的施工工艺,使得国内盾构施工异彩纷呈。未来的盾构掘进机在不同的地质条件下会最大限度的避开地质风险,中国盾构机发展的终极目标是“掘进机器人”。目前,已经在做这方面的规划,国内的厂家已在开展掘进机器人的研发和试验。

    很快,有着中国基因的超大直径盾构机将追随“盾构家族”成员的步伐,大步走向世界。建设现代、文明的大城市离不开以轨道交通为骨干的公共交通运输体系的支撑。未来的中心城市和跨江越海隧道都更迫切需要大型盾构,所以中国除了中小盾构批量出口之外,未来“一带一路”一定会把这样的技术和装备能力批量出口,走向国际市场。培育大规模出击国际市场的能力是所有盾构机制造企业的全球性机遇。同时,在商业模式上,国产品牌进一步加强盾构机金融、租赁、技术辅导、售后服务等方面的创新,未来国产盾构机还将迎来更大的辉煌。

    大直径盾构泥水劈裂、超高承压能力、复杂地层盾构掘进、刀盘刀具配置等技术难题仍等着我们进一步攻克,水利输水工程、城市综合管廊、海底隧道等新市场仍等着进一步探索,希望我们的领军企业能保持市场上的风向标,坚守初心,自觉的维系市场的均衡竞争,均衡进步。拭目以待中国制造盾构百尺竿头更进一步!