国内隧道工程中掘进用凿岩设备市场及技术现状

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2023-02-08

隧道掘进是交通、能源、水电水利、国防建设等设施工程中不可或缺的重要环节。国内交通隧道施工量占比很大，施工方法多样、技术水平及要求高、地域条件差别大、使用设备种类多。

交通运输部发布的２０１８年交通运输行业发展统计显示，截止２０１８年底，中国公路里程４８４.６５万千米，比２０１７年增加７.３万千米。２０１８年完成公路投资２１３３５亿元，比２０１７年增长０.７％。“十二五”、“十三五”期间，年增加公路隧道长度１１００ｋｍ以上。中国是世界公路隧道个数最多，里程最长的国家。截止２０１８年底，中国公路隧道里程１７２３６ｋｍ，较２０１７年增加１５０９处，新增里程１９５１ｋｍ。

截止２０２０年底，中国铁路运营里程１４.５万千米，铁路隧道数１６７８９处，隧道长度１９６３０ｋｍ。“十二五”、“十三五”期间，分别建成铁路隧道里程６０３８ｋｍ、６５９２ｋｍ，年增加１０％左右。

“十四五”期间，铁路投资额度预计３.５万亿元，重点是川藏铁路、沿江沿海铁路、西部陆海新通道等重大工程，以及“八纵八横”主通道和五大城市群城际铁路。公路投资额度预计１３.５万亿元，重点是国家区域重大战略涉及的公路新建和改扩建。

一、主要设备及特点

１．１气动凿岩机

气动凿岩机的外形见图１，大量用于钻爆法进行隧道掘进。气动凿岩机结构简单、可靠，施工技术简单、灵活，设备维护简单，投资少，适用隧道断面范围很大，对工作面角度无要求，可多工作面同时施工，施工时占地小，对工地交通条件无要求。不足之处是高效作业需多人多机，工作环境差，抗特殊地质能力差，需要进行二次衬砌。多台凿岩机利用桁架同时凿孔时的图片见图２。

凿岩机

▲图1

多台凿岩机利用桁架同时凿孔

▲图2

１．２凿岩台车

凿岩台车采用钻爆法进行隧道掘进，台车的外形见图３。凿岩台车施工技术简单、灵活，适用隧道断面范围大，结构较为复杂，设备维护有一定的技术要求，投资较大、对工作面角度无要求，多个工作面可同时施工，施工占地小，对工地交通条件有要求，工作时噪音低，环境污染较小，抗特殊地质能力差；需要进行二次衬砌，凿岩台车钻凿隧道的图片见图４。

凿岩台车

图片▲图3

图片▲图4

１．３隧道掘进机（ＴＢＭ）

１９９７年隧道掘进机在西康铁路秦岭终南山隧道使用以来，经过二十多年的不断完善，已在特长隧道中使用。隧道掘进机具有机械化程度高、工作环境好、作业人员少、安全性好、隧道成洞质量高、抗不良地质能力强的特点。不足之处是投资很大、成本高，需按隧道断面直径订制、制造周期长，对工地交通、场地条件有较高要求，需开一定长度的隧道或竖井，现场组装需大型吊车等辅助设备，对隧道长度在经济性上有较高要求，设备故障处置成本很高。隧道掘进机的图片见图５，大型吊车组装隧道掘进机时的图片见图６。

黄河一号盾构机

图片▲图5

隧道掘进机

图片▲图6

二、设备技术水平及市场现状

２．１气动凿岩机

中国的气动凿岩机生产制造起步于上世纪５０年代，发展于７０年代，壮大于本世纪初。１９７２年根据一机部矿山工程机械局矿技字８６号“关于气腿式凿岩机减少种类，提高产品质量等问题的函”及一九七二年全国凿岩机械及风动工具行业会议“关于气腿式凿岩机定型及有关问题的决定”，综合用户意见及１９７２年全国七个厂８种气腿式凿岩机在北京大安山煤矿和南京梅山铁矿对比试验的结果，定型出了７６５５、ＹＴ２３、ＹＴ２４、ＹＴＰ２６等型气腿式凿岩机，在性能方面缩小了与国际水平的差距。８０年代开发定型ＹＴ２７、ＹＴ２８等型产品，通过十年持续改进，各项指标处于国际领先水平。特别是隧道掘进采用辅助整体桁架，多台凿岩机全断面同时钻孔，其重量轻、使用灵活的特点显出了明显的优势，成为国内各矿山和隧道工程的主力机型。经行业统计及市场调查抽样分析得出的ＹＴ２８、ＹＴ２９Ａ型气动凿岩机的主要生产地区及市场占比见表１。近年来，此类产品约占交通隧道工程市场份额９０％以上。

气动凿岩机的主要生产地区及市场占比

表1图片

２．２凿岩台车

八十年代，随着国家矿山、重点工程的建设需要，金川公司、大瑶山铁路隧道等国家重点工程，先后引进了瑞典阿特拉斯、山特维克、法国爱姆科以及日本古河等国家的多臂掘进钻车。国内行业厂家先后开始了液压掘进钻车和液压凿岩机的研制开发。并与法国、瑞典等相关企业进行技术合作制造出相关产品，并通过了鉴定。部分后进入凿岩台车行业的开拓者，经过大投入，已进入了隧道工程，但国内产品与国际水平还有差距。关键的液压凿岩机、液压泵、液压马达、阀及内燃机采用国外品牌，这意味着高价格。凿岩台车主要生产地区有湖南长沙、河南新乡、河北、江西、浙江、江苏等地，现占交通隧道市场不到５％。

进入２１世纪，随着社会的进步及人民生活水平的不断提高，人力成本的不断升高，国内液压钻车、液压锚杆机等全液压凿岩设备飞速发展。随着科技进步，凿岩技术有了较大的发展，电子技术、液压技术、机械工程技术的成果广泛应用到液压钻车方面。模块化、多功能化、大型化、智能化、高速钻进化成了液压钻车的发展特点。目前国内主要用于隧道掘进的主要有徐工、鑫通、铁建重工、中铁装备等几家厂商的多臂全液压钻车，锚杆支护设备主要有宣化华泰的全液压锚杆机。如今，在国内掘进凿岩设备中，国产的凿岩设备市场份额不断增加，打破了国外跨国公司对凿岩设备的垄断。

２．３盾构设备（ＴＢＭ）

盾构机问世至今已有近２００年的历史，其开始于英国，发展于日本、德国。１９６５年上海市隧道工程公司成立，是我国最早进行盾构隧道试验的单位，１９７０年９月采用盾构法打通了中国首条过江隧道。

经过近六十多年努力，在国家层面通过引进、收购、８６３计划、首台套等多种方式，促进了盾构设备（ＴＢＭ）的发展。“十三五”以来，中铁重工集团、中交天和机械设备制造有限公司等制造的φ１５米、φ１４.８２米规格不等的设备投入使用。２０２２年４月中铁装备公司制造的最高岩石抗压强度１３５ＭＰａ盾构机首次通过葡萄牙验收。盾构设备（ＴＢＭ）以后将越来越多地参与到特长岩层隧道工程之中。