工人在中國建筑第二工程局有限公司盾構(gòu)基地維修盾構(gòu)機刀盤。圖為盾構(gòu)基地再制造的盾構(gòu)機。受訪單位供圖

近日，中國建筑第二工程局有限公司（以下簡稱“中建二局”）盾構(gòu)基地開足馬力趕訂單?？萍既請笥浾咴谖挥诮K常州溧陽市的中建二局盾構(gòu)基地看到，高達22米的龍門吊高懸，直徑7米的盾構(gòu)機立于其下，工程師們正緊鑼密鼓進行最后一輪檢測。

“今天這臺盾構(gòu)機必須出廠，為后續(xù)直徑12米的大盾構(gòu)改造騰出工位。”中建二局盾構(gòu)基地負責(zé)人魏軍說，“目前訂單已經(jīng)談妥五六臺，全年的生產(chǎn)目標肯定都能實現(xiàn)。”

在國內(nèi)大型基建工程逐漸飽和之際，中建二局的訂單卻能“逆勢”增長，關(guān)鍵在于找準了盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)突破口——閑置盾構(gòu)機再制造。中建二局依靠科技創(chuàng)新實現(xiàn)智能升級，拼上了盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)的“最后一塊拼圖”。先進的工程再設(shè)計和再制造技術(shù)，讓老舊或低效能的盾構(gòu)機煥發(fā)新生。

打造“超級工坊”

當前，我國建筑工程市場正從增量時代進入存量時代，盾構(gòu)機的需求量亦呈現(xiàn)縮減態(tài)勢。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年，我國盾構(gòu)機數(shù)量已超4000臺，而每年新機需求量約700臺。

近年來，各地業(yè)主陸續(xù)推出盾構(gòu)設(shè)備準入制度，要求掘進超出一定里程和出廠超過一定年限的盾構(gòu)設(shè)備，須進行必要升級改造方可繼續(xù)使用。

盾構(gòu)機作為“工程機械之王”，技術(shù)壁壘極高。施工企業(yè)受制于設(shè)備制造商，往往選擇采用成本更高的新機。據(jù)保守估計，目前，國內(nèi)閑置、待升級或擴徑改造后可投入應(yīng)用的盾構(gòu)機超1500臺。

如何破局？2022年，中建二局在落實國資委科技創(chuàng)新“頭號工程”戰(zhàn)略部署中，以盾構(gòu)機再制造為抓手，補齊施工企業(yè)現(xiàn)有盾構(gòu)機再制造設(shè)計、再加工鏈條，開拓“盾構(gòu)+”業(yè)務(wù)，為盤活施工企業(yè)現(xiàn)有盾構(gòu)機資源尋得一片降本增效的“藍海”。

溧陽市占地100余畝的盾構(gòu)基地，正是“藍海”中的“試驗田”。在這里，盾構(gòu)車間、維修再制造設(shè)備、遠程運維控制中心及高技能人才一應(yīng)俱全，基地可同時滿足8—10臺盾構(gòu)機再制造及維修任務(wù)，儼然一座盾構(gòu)機的“超級工坊”。盾構(gòu)基地盡量做到輕資產(chǎn)管理，但這并不妨礙其專業(yè)性，廠房可滿足直徑長達18米的盾構(gòu)機的組裝調(diào)試。

盾構(gòu)基地的核心競爭力，既在于盾構(gòu)機再設(shè)計與制造的技術(shù)能力，也在于其成本控制能力。

在盾構(gòu)機的再制造與運維過程中，運費昂貴。魏軍給記者算了一筆賬：一臺在東北作業(yè)的盾構(gòu)機，如果運輸?shù)絻?nèi)陸運維，僅運費就要百萬元。而將盾構(gòu)基地設(shè)置在位于長三角的常州，既有廉價海運支撐，又能在200公里范圍內(nèi)輻射南京、寧波等15個城市，運費相對便宜。

實現(xiàn)“大小百變”

盾構(gòu)機是典型的非標準設(shè)計特殊產(chǎn)品，需要根據(jù)工程地質(zhì)需求量身定制。而且，一臺盾構(gòu)機的零部件多達上萬個，要讓盾構(gòu)機實現(xiàn)“大小百變”絕非易事，核心在于改造方具備再設(shè)計、再制造的能力。

目前，我國的盾構(gòu)尺寸劃分為3—4米級、6米級、8米級、10米以上級，中建二局對盾構(gòu)機進行再制造，可根據(jù)其主驅(qū)動的推力限制，在1米左右范圍內(nèi)進行“大改小”“小改大”。

在盾構(gòu)基地廠房內(nèi)，記者看到，一臺高達數(shù)米的盾構(gòu)機臥伏在地，十多位技術(shù)人員沿著刀盤、管筒、拖車等部件分布在30多米長的生產(chǎn)線上，各司其職，進行改裝作業(yè)。

“不要小看1米范圍的變化，哪怕只是改動0.1米，盾構(gòu)機的受力結(jié)構(gòu)都將大有不同。”魏軍告訴記者，油缸的分布、管片拼裝的受力調(diào)整、盾構(gòu)刀具的匹配，都需要再設(shè)計與驗證。

核心裝備的再制造能力是中建二局開展業(yè)務(wù)的底氣。在盾構(gòu)基地的遠程運維控制中心，墻面大屏上顯示著中建二局所有在建項目的實時情況。“看，1小時的進度達1.8米！這臺在廣州白云機場城際項目掘進的盾構(gòu)機，正是由業(yè)主的‘1189號’改造而來。”魏軍說。

“1189號”盾構(gòu)機直徑13.46米、整機長度約133米、總重量約3200噸，在盾構(gòu)機家族中堪稱“巨無霸”。經(jīng)過天目山隧道項目的使用及長期存放，盾構(gòu)機性能下降。為“變廢為寶”、繼續(xù)投用，受業(yè)主委托，中建二局對盾構(gòu)機進行“小改大”擴容升級。

“我們新制盾體結(jié)構(gòu)，讓直徑擴大0.85米；維修并使用原盾構(gòu)機的主驅(qū)動、人倉、鉸接油缸、推進油缸、SAMSON系統(tǒng)等盾體內(nèi)所有元器件，并根據(jù)新盾體結(jié)構(gòu)重新排布，降低改造成本。”魏軍說，本著物盡其用的理念，再制造讓閑置盾構(gòu)機華麗變身。

建廠不到3年，中建二局盾構(gòu)基地目前已完成20余臺盾構(gòu)機的再制造。僅2024年，就完成3臺盾構(gòu)機變徑改造、2臺雙螺旋機升級改造和4臺盾構(gòu)機整機維修，總合同金額達3000余萬元。

插上“智能翅膀”

要讓再制造盾構(gòu)機的性能達到或超過新機，需要實施系統(tǒng)性技術(shù)升級：要將控制系統(tǒng)由總線式改為分布式，同時改造泡沫單管單泵，并將管片吊機由單梁改為雙梁、新增五小項系統(tǒng)等，還要更新智能裝備，實現(xiàn)智能化升級。

“這臺盾構(gòu)滾刀智能換刀機器人有7個自由度，具備刀具磨損自動化監(jiān)測、刀具搬運、新刀具安裝等功能，能實現(xiàn)毫米級定位，確保每次換刀都準確無誤。”中建二局智能裝備研究所所長孫風(fēng)伯告訴記者，去年12月18日，中建二局自主研發(fā)的國內(nèi)首臺（套）工業(yè)級盾構(gòu)換刀機器人一下線，便在廣州白云機場城際項目上大展身手。

盾構(gòu)換刀機器人不僅將換刀時間縮短至原來的三分之一，更重要的是減少了對人力的依賴，降低了作業(yè)風(fēng)險，為城市地下空間開發(fā)提供了有力技術(shù)支持。

廣東東莞地鐵2號線三期工程是中建二局參建的軌道交通工程。這里地表河網(wǎng)密布，水量豐沛，穿越富水地質(zhì)時，傳統(tǒng)單螺旋土壓平衡盾構(gòu)機易引發(fā)噴涌、地面沉降等風(fēng)險。

為破解這一難題，中建二局采用模塊化設(shè)計理念，對單螺旋土壓平衡盾構(gòu)機進行雙螺旋改造升級，并對筒體、螺桿、液壓及電氣控制系統(tǒng)等裝置進行適配性改造設(shè)計。在雙螺旋機及其PID算法技術(shù)的加持下，盾構(gòu)機可以有效控制二級螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速、方向，增加土塞阻力，提升連續(xù)穩(wěn)定出渣能力，實現(xiàn)土壓平衡目的。

目前，中建二局與上海大學(xué)成立了盾構(gòu)產(chǎn)學(xué)研合作基地，在強化盾構(gòu)擴徑及刀盤改造等業(yè)務(wù)的同時，搭建盾構(gòu)掘進施工管控“智慧大腦”系統(tǒng)，積極攻關(guān)智能駕駛等新技術(shù)，為盾構(gòu)機插上“智能翅膀”，將盾構(gòu)機再制造推廣應(yīng)用到礦山、能源、水利等更多領(lǐng)域。