第一节 我国盾构机制造国产化迫在眉睫
一、我国盾构机制造企业自主创新、奋斗历程
我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构
掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验 研究 。研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。
1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。
1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。
70年代，采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。
1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。
1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。
1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m，技术成果达到80年代国际先进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。
1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1～-3cm。1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，掘进24km区间隧道。上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造。
90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台φ3.8～6.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。在90年代中，直径1.5～3.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手φ7.65m铰接式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。
1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。
1998年，上海隧道股份成功研制国内第1台φ2.2m泥水加压平衡顶管机，用于上海污水治理二期过江倒虹管工程，顶进1220m。
1999年5月，上海隧道股份研制成功国内第1台3.8m×3.8m矩形组合刀盘式土压平衡顶管机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进120m，建成2条过街人行地道。
2000年2月，广州地铁2号线海珠广场至江南新村区间隧道采用上海隧道股份改制的2台φ6.14m复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。
1、网格挤压式盾构掘进机的应用
1965年6月，上海地铁60工程区间隧道采用由隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台φ5.8m网格挤压型盾构施工，总推力为3.724×104kN。隧道覆土约12m，掘进长度2×600m。盾构推进穿越的建筑物和地下管线均未受影响。1967年7月，地铁试验工程完成，这是我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道。
1967年3月，上海打浦路越江公路隧道采用φ10.2m网格挤压型盾构，掘进总长1324m。盾构总推力达7.84×104kN。盾构穿越地面以下深度为17～30m的淤泥质粘土层和粉砂层，在岸边段采用降水全出土、气压全出土和局部挤压方法施工，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。
1970年以来，上海又用网格挤压盾构在长江边和海边建成了6条φ3.6～4.3m的排水及引水隧道。北京、江苏、浙江、福建等省市也用盾构法建造了各种不同用途的小直径隧道。
1983年，上海建设第2条黄浦江越江公路隧道一延安东路隧道。1476m圆形主隧道采用盾构掘进施工，其中500m穿越黄浦江底，500m穿越市中心区建筑密集群。为提高掘进速度和确保隧道沿线的构筑物安全，上海隧道公司自行设计研制了φ11.3m网格型水力出土盾构，这是在网格挤压型盾构基础上发展起来的新颖掘进机。网格上布有30扇可开启和关闭的液压闸门，具有调控开挖面进土部位、面积和进土量的作用，可辅助盾构纠偏和控制地面沉降。网格上还布设了20只钢弦式土压计，可随时监测开挖面部位土压值的变化，首次在盾构掘进过程中实现信息化施工。开挖面高压水冲切土体，并采用大型泥浆泵接力输送泥浆，自动计量装置控制出土量，实现掘进、出土运输自动化。衬砌拼装机的回旋装置首次采用了带制动器的大扭矩液压马达，起重量达5t，运转平衡。盾尾密封装置吸收国外新技术，采用三道钢丝刷，并注入自行研制的盾尾油脂，确保了盾尾密封。盾构推力由尾部周围48只油压千斤顶提供1.08×105kN推力，采用φ11.3m网格型水力出土盾构，顺利穿越江中段浅覆土层和浦西500m建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。该盾构技术成果被评为国家科技进步二等奖和上海市科技进步一等奖。
2、土压平衡盾构掘进机的开发和应用
70年代以来，英国和日本分别开发了具有刀盘切削的密闭式的可平衡开挖面水土压力的两种新颖掘进机一泥水加压平衡盾构和土压平衡盾构，使盾构掘进技术发生了一次新的飞跃。1975年，日本隧道业兴起了泥水加压盾构热，1978年起，土压盾构也得到广泛的应用。
1987年，上海隧道工程公司成立土压盾构攻关小组，在消化吸收国外土压平衡盾构机理和设计制造技术的基础上，研制了国内首台φ4.3m加泥式土压平衡盾构掘进机。
φ4.35m土压平衡盾构全部采用国产部件，由上海船厂制造，用于市南站过江电缆隧道。隧道总长度534m，在黄浦江底掘进，隧道埋深21～30m，穿越土层主要为砂质粉土。隧道掘进顺利解决了高水压情况下的密封和砂性土的加泥塑流技术难题，施工性能技术指标达到80年代国际先进水平，技术成果获90年国家科技进步一等奖。
在掌握了国际先进的土压盾构技术以后的10余年间，隧道公司又陆续设计制造了10余台φ3.8～6.34m土压平衡盾构，用于取排水隧道和地铁隧道。1993年，制造了1台φ6.34m土压盾构，用于南京市夹江排水隧道工程，穿越粉砂地层，掘进长度1294m。
1990年，国务院批准上海地铁1号线开工建设，圆形隧道选用7台φ6.34m土压平衡盾构推进。第1台φ6.34m土压盾构于1991年6月始发推进，7台盾构掘进总长度17.374km，1993年2月全线贯通，掘进施工期仅20个月，每台盾构的月掘进长度达200～250m。掘进施工穿越市区建筑群、道路、地下管线等，地面沉降控制在+1cm～-3cm。φ6.34m土压平衡盾构见图。
1995年上海地铁2号线24km区间隧道开始掘进施工，地铁1号线工程所用的7台φ6.34m土压盾构经维修以后，继续用于2号线区间隧道掘进，同时又从法国FMT公司和上海的联合体购置2台土压盾构，加上上海隧道股份制造的1台土压盾构，共计10台土压盾构用于隧道施工，并从日本三菱重工引进4台φ6.14m土压平衡盾构。
2000年开工兴建的地铁明珠线二期区间隧道仍使用这10台φ6.34m土压平衡盾构施工。
2000年，广州地铁2号线工程海珠广场至江南新村3423m区间隧道选用2台φ6.14m复合型土压盾构掘进施工。地铁隧道要从珠江底穿越，埋深16～28m，掘进地层主要为全风化岩。
2000年，北京地铁5号线工程进行区间隧道盾构掘进试验工程，引进1台土压平衡盾构掘进机。南京地铁1号线区间隧道也选用3台土压平衡盾构掘进机。
3、泥水加压平衡盾构的引进和开发应用
泥水加压平衡盾构是70年代英国最早开发和应用的，1975年起在日本得到广泛的应用。1994年，日本东京湾道路隧道工程采用了8台世界最大直径14.14m泥水加压平衡盾构掘进18.8km海底隧道，这是世界最先进、自动化程度最高的盾构掘进机。
1994年，上海延安东路隧道南线1300m圆形主隧道施工引进日本三菱重工制造的φ11.22m泥水加压平衡盾构。
泥水盾构设有掘进管理、泥水输送、泥水分离和同步注浆系统。掘进管理和姿态自动计测系统能及时反映盾构开挖面水压、送泥流量、排泥流量、送泥密度、排泥密度、千斤顶顶力和行程、刀盘扭矩、盾构姿态、注浆量和压力等参数，便于准确设定和调整各类参数。泥水输送系统和泥水处理系统。
延安东路南线隧道工程施工的φ11.22m泥水加压盾构具有自动化程度高、盾构掘进对周围地层影响小的优点。盾构穿越厂房、防汛墙、地下人行道、高层建筑十分安全，沉降量小于2cm。掘进速度一般为6m/d，最高达12m/d。
广州地铁1号线工程于1996年引进2台φ6.14m泥水加压平衡盾构，掘进5852m。掘进地层为粉细砂、中砂、粗砂、粉质粘土和风化岩。
上海隧道股份在消化吸收φ11.22m泥水平衡盾构基础上，基本掌握了泥水加压盾构的设计计算方法，并于1997年自行设计制造了1台φ2.2m泥水加压平衡顶管机，用于上海合流二期过江倒虹管隧道工程，在高水压的砂性地层中顺利掘进1220m，其技术成果达到国际先进，被评为1999年上海市科技进步二等奖。
4、异形盾构掘进机的 研究 和应用
常用的盾构隧道掘进机为圆形，主要是圆形结构受力合理，圆形掘进机施工摩阻力小，即使机头旋转也影响小。但是圆形隧道往往断面空间利用率低，尤其在人行地道和车行隧道工程中，矩形、椭圆形、马蹄形、双圆形和多圆形断面更为合理。日本在80年代开发应用了矩形隧道，在90年代开发应用了任意截面盾构和多圆盾构，并完成了多条人行隧道、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、排水隧道、市政共同沟隧道等，使异形盾构技术日益成熟，异形断面隧道工程日益增多。
上海隧道股份于1995年开始 研究 矩形隧道技术，1996年研制1台2.5m×2.5m可变网格矩形顶管掘进机，顶进矩形隧道60m，解决了推进轴线控制、纠偏技术、沉降控制、隧道结构等技术难题。1999年5月，上海地铁2号线陆家嘴车站过街人行地道采用1台3.8m×3.8m组合刀盘矩形顶管掘进机施工，掘进距离124m。
近年来，上海隧道股份 研究 所开展了对双圆隧道和多圆隧道掘进工程的可行性 研究 ，进行了双圆隧道结构的模拟试验，为我国异形隧道的发展做了技术储备工作。
5、我国目前盾构掘进机水平
我国从90年代以来，已成功地研制了直径3.8～6.34m的土压平衡盾构掘进机10余台，用于地铁隧道、引排水隧道、电缆隧道工程，技术水平已接近国际先进，在隧道导向技术、监控技术方面的 研究 也达到了国际先进。但由于我国液压泵和阀件的加工制造水平与国外相比尚存在一定差距，在一些盾构掘进机中适量采用了国外的零部件。在直径1.2～3m的顶管掘进机方面，我国已经先后研制了先进的反铲顶管机、土压平衡顶管机和泥水加压顶管机，国内已完全有能力制造国产机械，替代进口设备。最近，上海已研制了国内第一台3.8m×3.8m组合刀盘土压平衡式矩形顶管机，完成了2条62m长的地下人行通道，使我国在异形盾构的开发 研究 方面挤入世界先进行列。在微型隧道掘进机方面，我国也已研制了直径600～800mm的中心螺杆出土顶管机、夯管顶管机和水平定向钻机等设备。
上海隧道工程股份有限公司机械厂是盾构掘进机专业制造厂。1995～1999年，该厂制造各类盾构32台（其中制造46m地铁盾构5台，修复9台，制造φ3～5m盾构6台，制造φ1.5～φ3m盾构10台，制造矩形盾构2台）。土压平衡盾构的设计制造技术水平已接近国际先进水平，国产化率达70％，掌握了泥水加压盾构的设计制造技术，并制造了1台直径2.64m的泥水加压盾构。在TBM掘进机方面，已具备设计制造能力，并为国外厂商制造安装了2台φ4.88mTBM掘进机。1999年为广州地铁2号线改制了2台φ6.lm的复合型盾构掘进机。上海隧道股份 研究 所具有设计开发国外各种盾构掘进机的能力，并有20余项盾构掘进机的成果获国家、建设部、上海市科技进步奖。
二、我国盾构机国产化战略
随着我国基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的实施，铁路、公路、大中型水电站建设以及南水北调等工程都将有大量的长、大隧道需要建设。现代化城市建设中的地铁工程、市政工程(排污水管、输水管)、越江隧道也在不断增加。越来越多的工程建设单位将首选隧道掘进机施工。据预测，仅2010年前的十年间就需购置直径3～9米岩石和盾构掘进机190余台，还不包括微型掘进机在内。远期估计，随着城市立体化、管线入地化趋势的到来，盾构掘进机市场需求将超过千台。
面对如此庞大的市场要求，首先，如果不加强在盾构掘进机技术领域的 研究 、开发、生产和应用，伴随我国加入WTO、市场准入的逐步放开，我国将失去更大的市场份额，错过掘进机早日实现产业化的时机，人为造成大量的外汇流失。其次，如果没有具有自主知识产权的盾构掘进机设备，国内制造企业只能在低效率、高能耗的层次上徘徊，最终被挤出市场。再次，由于缺少 研究 、开发、生产资金的投入，国内科研机构的潜力挖不出来，一些重型机械制造企业找不到活干，就无从谈起形成我国自己的盾构掘进机产业体系，更带不动相关产业的发展。其结果是我国的基础设施建设救活了国外企业，从另一个方面削弱了扩大内需、拉动经济持续增长目标的实现。盾构掘进机如不早日实现产业化，则将成为制约我国国民经济相关产业发展的瓶颈之一。
生年不满百，常怀千岁忧。为了不将巨大的国内市场继续拱手让人，掘进机的大量应用，不能只靠国外制造，必须走国产化的道路，有自主知识产权。
第二节 我国盾构机产业化建设 发展 分析
国产化的方法应是，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。
必须规范建设方的崇洋媚外行为。广州、深圳、北京、南京等地地铁项目，从工程进度、减少施工风险因素出发，不愿用也不敢用国产盾构掘进机。广州曾试图让德国海瑞克和广州重机厂合作，但不太成功。这是当前影响国产化的最大阻力。建议首先从北京开始优先使用国产盾构设备。因为北京地铁穿越地层条件比南方好，使用简易盾构机就可通过，不需要用土压平衡盾构机，这样便于从易到难实现国产化。应该讲，近期北京站-西客站的地下线施工，在国产化方面开了好头。
盾构掘进机由不同总成组成，尤其大型轴承的制造、各变速箱机构、大吨位千斤顶、液压系统、监控量测元件和系统都需要事先分工生产，形成产品技术平台。因德国海瑞克公司生产盾构的配套工厂有专利性质，绝不卖给其他制造工厂，形成技术垄断。因此，我国应规定几个生产厂家分头攻关。目前这些盾构机(如复合盾构)设计图纸已测绘设计完成，但能否拿出来供工厂提前试做，尚有困难。因工艺设计需生产厂家进行，初期效益很难实现，所以必须建立一个机构进行协调。因各方利益和前期投入的回报都是未知数，费用也应请国家支持一部分，如大轴承、转动系统、液压系统、监控系统、刀具等，仅由协会、学会出面协调是不够的，这是影响国产化的最大难点，必须由国家相关部委牵头，组织地铁的业主，指定国产化内容。否则，工程将不予审批。
第三节 我国盾构机投资 分析
一、我国盾构机开发方式与投资经济性 分析
对于我国盾构机的开发必须以工程为依托，以施工单位为主体，联合国内有关的重型机械厂生产。
必须规范建设方的崇洋媚外行为。广州、深圳、北京、南京等地地铁项目，从工程进度、减少施工风险因素出发，不愿用也不敢用国产盾构掘进机。广州曾试图让德国海瑞克和广州重机厂合作，但不太成功。这是当前影响国产化的最大阻力。建议首先从北京开始优先使用国产盾构设备。因为北京地铁穿越地层条件比南方好，使用简易盾构机就可通过，不需要用土压平衡盾构机，这样便于从易到难实现国产化。应该讲，近期北京站—西客站的地下线施工，在国产化方面开了好头。
盾构掘进机由不同总成组成，尤其大型轴承的制造、各变速箱机构、大吨位千斤顶、液压系统、监控量测元件和系统都需要事先分工生产，形成产品技术平台。因德国海瑞克公司生产盾构的配套工厂有专利性质，绝不卖给其他制造工厂，形成技术垄断。因此，我国应规定几个生产厂家分头攻关。目前这些盾构机（如复合盾构）设计图纸已测绘设计完成，但能否拿出来供工厂提前试做，尚有困难。因工艺设计需生产厂家进行，初期效益很难实现，所以必须建立一个机构进行协调。因各方利益和前期投入的回报都是未知数，费用也应请国家支持一部分，如大轴承、转动系统、液压系统、监控系统、刀具等，仅由协会、学会出面协调是不够的，这是影响国产化的最大难点，必须由国家相关部委牵头，组织地铁的业主，指定国产化内容。否则，工程将不予审批。
建议有关方面首先从小盾构机、小掘进机国产化的开发制造入手，因其用量占国内市场所有用量的80%以上。这方面日本很积极，北京交大隧道中心目前正和日本谈判，日方表示可在中国组织不同施工单位和工厂进行组装、钢结构制造、调试，最后合资全面生产。这样做难度较小。今后城市地下沟、管的施工中，小盾构机、小掘进机应用很多，可以根本改变目前存在的管线乱埋、乱挖的无序局面。
目前国家把盾构掘进机技术 研究 和开发项目列入“十一五”国家重大技术装备项目。应争取和工程相结合，工程拿一部分，国家拿一部分，这样国产化才能真正搞成，而不是空谈。国产化决策层，应是发改委牵头，下设执行层，执行层如何组成，应予讨论，应发挥协会、学会的作用和能力。中国工程院应参与该项目的咨询和落实工作。
盾构掘进机发展，在技术上可行，经济上合理，对市场的推动作用可观。从推进我国隧道与地下工程的技术进步、带动制造业的发展角度看，盾构掘进机国产化迫在眉睫。
二、我国盾构机投资经营风险 分析
1、政策风险
从2007年1月1日起，对国内企业为开发、制造大型全断面隧道掘进机而进口的部分关键零部件所缴纳的进口关税和进口环节增值税实行先征后退，所退税款作为国家投资处理，转为国家资本金，主要用于企业新产品的研制生产以及自主创新能力建设。业内人士认为，这预示着盾构机 行业 即将迎来黄金发展机遇。这一政策的出台标志着酝酿已久的振兴国内装备制造业进口税收优惠政策进入了实质性实施阶段，此 行业 面临的政策风险较小。
2、技术风险
用于地下隧道工程开掘挖洞用的高科技大型机械化设备——盾构机，集机、电、液、控、测等多学科多领域的高科技成果于一身，其研制和使用能在一定程度上反映出一个国家的科技水平。通过近几年的发展我国虽然已经能够独立研制开发盾构机，但在技术水平上与国外先进的技术还是有一定的差距的，存在着一定的技术风险。
3、财务风险
公司经营资金主要靠自有资金和银行贷款解决，银行贷款在很大程度上受国家宏观经济政策特别是金融政策等外部因素的制约。因此在公司经营规模逐渐扩大的情况下，不排除由于融资能力的限制出现资金紧张、影响公司经营的可能。
2008年国家贷款利率政策的变化，将会影响公司的融资成本。随着国家从紧货币政策的实施，银行贷款利率的上浮，公司的融资成本将不断增加，从而有可能影响公司的效益。
三、我国盾构机投资经营建议、方法
为了促进国产盾构机的发展，2006年下发的《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》文件将“满足铁路、水利工程，城市轨道建设项目的需要，加快大断面岩石掘进机等大型施工机械的研制，尽快掌握关键设备制造技术”列入16项重大技术装备之一。
尽管在中国，盾构机已经实现了自主研发生产，但是从生产批量和高端技术上仍然无法满足国内隧道工程建设的需要和施工要求，尤其对大直径盾构机的制造能力尚不具备，建议可以考虑投资填补此项市场空白。
隧道掘进机是根据隧道施工对象“量身定做”的，不同于常规的大型设备，其核心技术不在于设备本身的机电工业设计，而在于设备如何适用于各类工程地质，需要在长期的从实践到理论、再从理论到实践的反复探索，才能形成一套针对不同地质条件的隧道掘进机设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，因此需要几十年以上的工程施工经验和对地质情况的理解。由于国内制造工厂的工业设计人员具备地质经验需要相当长的时间，在短期内不能完成隧道掘进机的总体设计。因此，国内制造工厂独立制造方式至少在10年内不能制造出具有自主知识产权的盾构。与国外合作将是较好办法。对进口税收实行先征后退的政策必将助推国产盾构机的发展。
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