今年36岁的杨辉，是中交天和机械设备制造有限公司总经理助理兼执行总工程师。加入中交天和近十年来，他带领团队，推动超大直径盾构机多项关键技术和部件自主化，打破了外国公司的垄断，目前，多台国产盾构机已投入使用，有的还走出国门，服务“一带一路”沿线国家和地区。
攻克“卡脖子”的关键部件
10月12日，直径16.09米的国产盾构机“聚力一号”在江苏常熟中交天和总装车间下线。盾构机是隧道建设的利器，尤其是直径14米以上的超大直径盾构机，更是“大国重器”，过去一度被外国产品垄断，关键部件还被“卡脖子”。
时间回到2010年，中国交建承接南京纬三路过江通道项目(现扬子江隧道)，需要两台开挖直径达15米的盾构机。外商每台要价7亿元，交货时间也不能保证。
当时整个项目的预算才50亿元，买不起也等不起，这件事促使中国交建整合盾构机研制力量，在江苏常熟成立中交天和。
历时14个月，6700多张图纸、10万多个零部件，中交天和拿出了第一台泥水气压平衡复合式盾构机“天和号”，摆脱了对进口盾构机的依赖，但一些技术和部件仍需要外方支持。
“师傅教徒弟，肯定会有所保留。”杨辉回忆，“直径6米级的地铁盾构设备，用的就是外方的主驱动，出了问题去现场还得带上外方专家。”
2011年底，杨辉从振华重工调入中交天和，交给他和技术研发团队的一项重大任务，就是实现主驱动的自主化。
如果说主驱动是盾构机的“心脏”，那轴承就是主驱动的“心脏”。因此，轴承是盾构机技术自主化之路上必须拿下的一关。
但盾构机轴承对钢材精度要求极高，当时国内还缺乏相应的制造能力，某地曾使用过配置国产轴承的盾构机，结果在掘进中发生故障，最后别无他法，只能就地回填埋入地下，造成巨大损失。
而当时摆在杨辉和团队面前的，不仅是钢材的问题，设计师们甚至连轴承如何选型都无从下手。杨辉带队拜访国内外高校、知名企业，但对方要么不掌握相关技术，要么只能提供上世纪七八十年代的经验。
“虽然国外先进技术不对我们开放，也不能仅凭他们已经落后的经验来解决问题，但在学习过程中，我们的思路越来越清晰了。”杨辉说，经过两年多的集体攻关，到2018年，团队基本攻克了包括主驱动在内的各个子系统。
2019年，用于建设南京和燕路过江通道的盾构机“振兴号”下线，它的直径达15.03米，首次集中应用了中交天和自主研发的常压换刀装置、刀盘伸缩摆动装置等国产核心部件，并且是首台应用管片智能拼装系统的国产盾构机，操作员可“一键”完成隧洞管片的自动运输、抓举和拼装，在提高效率的同时减小施工误差。
“它标志着我们已经掌握了超大直径盾构机的设计制造技术。”杨辉自信地说。
3年上万次试验突破核心技术
上面提到的常压换刀，就是杨辉所说“领先于国外”的核心技术之一。
2021年春节前夕，记者曾到南京和燕路过江通道施工现场采访，一直走到了盾构机最前端的刀盘位置，江面下近70米深处，工作人员正进行换刀作业，大家身着工作服、头戴安全盔，与在地面并无二致。
这个看上去普普通通的作业场景，就是常压换刀技术的实际应用。
常压换刀与带压换刀对应。盾构机如“土行孙”在地层中穿行，要顶住相当于几十甚至上百米水深的高压，而刀盘切削岩土，磨损强度很大，经过一段时间就必须拆换。
“城市地铁盾构深度一般在20米左右，压力尚可承受;而长江隧道往往深度大于60米，带压换刀不仅要聘请身体素质好的专业潜水员来作业，还要设计一套氦氧饱和环境，人员持续在里面生活、工作，一般三个月轮换一次，综合成本高达上亿元。”杨辉说。
而常压换刀，就是把裸露于岩土地层中的盾构机刀盘做成“实心”的，将高压隔绝在外，这样盾构机内部就能维持一个标准大气压。
原理听上去简单，关键要研制出一套高可靠性闸门系统。
“外国公司虽然有这个技术思路，但具体设计不对，应用上不成功。”杨辉告诉记者。
超大直径盾构机的刀盘上有数百把刀，要实现常压换刀，一把刀就需要一个闸门，“从国外买，一个闸门要七八十万，配套维修包上百万，加起来又是上亿元。我们不想再为换刀花这么多钱。”杨辉说。
为了保密，杨辉和团队到邻省找了一家生产普通机械的企业，在别人的厂房里做试验。“从2016年立项到2018年成功，我几乎每个节假日都过去，3年做了上万次试验。”杨辉说，这套闸门系统仅2000多万元，不仅控制了工程成本，更重要的是大大减小了工作人员的安全风险。
面壁十年图破壁。关键技术的突破、核心部件的自主化，显著降低了整机成本，适逢国内城市地铁、隧道建设需求旺盛，盾构机产业也迎来快速发展。中国工程机械工业协会发布的数据显示，2020年国内市场工程机械自给率已达96%以上。 (陈席元)
