盾构及掘进技术国家重点实验室（中铁隧道集团有限公司）

中文名称：盾构及掘进技术国家重点实验室（中铁隧道集团有限公司）

英文名称：State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology（China Railway Tunnel Group Co.,Ltd.）

盾构及掘进技术国家重点实验室于2010年1月6日由国家科技部批准，依托中铁隧道集团有限公司建设，法人代表为郭大焕董事长。原实验室建于河南省新乡市人民西路；盾构及掘进技术国家重点实验室在原实验室已有基础上，新建于郑州市高新技术产业开发区科学大道99号。实验室学术委员会主任为中国工程院院士钱七虎；实验室主任为中铁隧道集团有限公司总工程师、中原学者洪开荣博士，实验室常务副主任为教授级高工陈馈。

实验室实行理事会领导下的实验室主任负责制，实验室运行与管理采用“以理事会为决策层、依托单位中铁隧道集团有限公司为管理层、重点实验室为执行层”的模式，理事长为中国中铁股份有限公司总裁白中仁，常务副理事长为中铁中铁股份有限公司副总裁、总工程师刘辉。

实验室设立了三个主要研究方向：（1）刀盘刀具技术。针对不同的地质状况和工程环境条件，对刀盘结构型式和刀具的结构及布置，进行“量体裁衣”的设计，建立刀盘刀具自动建模系统，研制相应实验平台和数字动态仿真系统；建立刀盘、刀具设计理论；建立刀具检测试验中心；制定刀盘、刀具设计与制造的行业标准。（2）系统集成与控制技术。形成具有自主知识产权的整机集成与控制的设计理论；研发盾构故障远程在线自动诊断系统。（3）盾构施工控制技术。研究盾构掘进模拟试验平台，建立盾构施工信息化管理系统，为盾构工程提供技术咨询、技术指导和技术服务。围绕上述研究内容，实验室建立了刀具综合检测、岩机作用、岩石电液伺服、3D测量、电液控制、盾构自动化集成、机械设计及数值运算、施工数据分析、盾构掘进全过程模态实验、虚拟现实技术、岩石成分分析等十一个实验系统。

2012年11月22日通过国家科技部的建设验收，同时是科技部批准建设的第二批依托转制院所和企业国家重点实验室中首家通过验收的企业国家重点实验室。

实验室围绕盾构的地质适应性及盾构掘进的快速、安全、文明的目标开展相关技术研究。通过对盾构技术领域发展趋势和状况的分析，结合本实验室已有工作基础，并根据2010年9月21日的专家论证意见，从构建盾构及掘进技术研究的有机整体和发展国产盾构急需的前沿技术、共性技术和关键技术出发，针对行业所需，对研究方向进行了进一步凝炼，将原来初定的“刀盘刀具地质适应性技术、施工控制技术、渣土改良与环流技术、主驱动与传动技术、系统集成与控制技术”等5个研究方向凝炼为以下3个研究方向：

1、刀盘刀具技术

刀盘刀具技术是盾构的核心技术之一，我国地域广阔，地质差异大，且长大隧道多，需要针对不同的地层地质状况和工程环境条件，对刀盘结构型式和刀具的结构及布置，进行“量体裁衣”的设计。

在该方向上建立刀盘刀具自动建模系统，研制出相应的实验平台和数字动态仿真系统；建立刀盘、刀具设计理论；建立刀具检测试验中心；制定刀盘、刀具设计与制造的国家或行业标准。

刀盘刀具技术研究的重点是：①刀具与岩体相互作用的理论；②刀盘刀具受力特征、负载模型以及刀盘结构设计理论与数字化仿真。

2、盾构施工控制技术

盾构施工控制技术能够集中反映盾构装备技术的先进性，它既是盾构装备技术创新的原动力，又是盾构装备技术推广应用的催化剂；目前我国正处于城市化发展高速阶段，基本建设正处于方兴未艾时期，如何在这一社会发展阶段，既能搞好基本建设，又能很好地保护好环境至关重要。比如在的城市地下工程的建设中，如何确保市政基础设施和地面建筑的安全凸显重要，如何减少隧道施工对土体扰动及控制地表变形已成为盾构施工的关键。

该方向上，实验室将充分发挥中铁隧道集团盾构施工现场优势，通过盾构施工从实践到理论、再从理论到实践的反复探索，逐步形成了一套针对国内具体地质条件的盾构装备设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，为盾构装备的技术创新提供基础。通过实际掘进，积累经验数据，以促进盾构地质适应性设计理论的建立并尽快形成较科学较合理的与真实掘进最接近的模拟掘进试验方法。

该方向上，要重点研究盾构掘进模拟试验平台（注：本试验平台研究工作量较大，预计需3～5年才能完成），建立盾构施工信息化管理系统，为重点盾构工程提供技术咨询、技术指导和技术服务。

盾构施工控制技术研究重点是：①盾构施工力学行为分析与隧道结构设计理论；②地层变形自动监测与预测及其自动反馈盾构联动控制；③盾构工程数据库的建立与应用系统。

3、系统集成与控制技术

盾构装备的各子系统如何优化及如何良好地管理和控制子系统，并集成为协调的整体和高效率运转的整机非常关键。

该研究方向要形成具有自主知识产权的整机集成与控制的设计理论；研发出盾构故障远程在线自动诊断系统。

系统集成与控制技术研究重点是：①整机集成与控制技术；②远程诊断技术；③原有盾构控制系统检测试验平台的功能完善。

实验室以中铁隧道集团有限公司为依托，以国家重点盾构隧道工程为实践，联合国内外相关企业、大学和科研院所，面向国家战略需求和学科发展前沿，立足盾构及掘进技术的应用基础研究，建立和拓展“盾构产学研用联盟”， 通过产学研用联盟解决盾构自主设计的前沿技术、共性技术和关键技术；在消化吸收国外最先进盾构及掘进技术的基础上，结合我国的工程地质特点进行技术创新，从而构筑盾构及掘进技术研究平台，并辐射全国的盾构制造厂家、相关高等院校、研究院所和盾构施工企业，促进盾构装备制造业和盾构施工技术的发展，实现自主知识产权，促进盾构技术成果的产业化，形成具有自主产权的盾构成套装备关键技术及盾构应用的技术产业，为国家盾构产业提供强有力的技术支撑和服务，打造盾构及掘进技术领域的技术创新、人才培养和学术交流的基地，实现我国盾构制造装备业的重大突破和盾构产业化的目标。

实验室建设将以高起点、高水平、高目标的总体思路为指导，紧密结合盾构及掘进技术发展的实际需求，秉承“结合背景开展应用基础理论研究，结合实际工程重大需求形成关键技术”的研究理念，致力于盾构及掘进技术方面具有创新性的应用基础理论研究，建成国家级的盾构技术研究、开发与制造的综合性创新平台，加强前沿、共性及关键技术研究，在硬件设施、人才队伍、科学管理、开放合作等方面加大工作力度，提高实验室的综合实力，保持行业领先并达到国际先进水平，在我国盾构领域研究上形成鲜明特色并在国内处于不可替代地位，成为国内外在该研究领域有重大影响的应用基础研究、高技术创新集成和高水平人才培养的基地。

通过国家重点实验室的建设，建立起我国盾构及掘进技术的创新平台。使实验室在刀盘刀具技术、系统集成与控制技术等方面由现有的国内领先水平达到国际先进水平，在盾构施工控制技术方面由现有的国际先进水平达到国际领先水平。

通过国家重点实验室的建设，建立盾构产业技术创新战略联，实现盾构产业化，使实验室在盾构及掘进技术研究方面成为本领域的领头羊，在技术上相对于国外盾构研发单位及盾构施工应用单位形成竞争优势。通过中国中铁工程总公司的国际化大平台，发挥全球化的优势，实现走向国际的目标。

中铁隧道集团有限公司不仅是国内盾构施工最大建筑企业，也是国家科技部和国家财政部重点扶持的制造装备企业之一。实验室从2002年开始建设，在科技部的支持下，于2006年建成了国内第一个隧道掘进机实验室，开发了具有自主知识产权的盾构研发试验平台。2009年经河南省科技厅批准为“河南省盾构及掘进技术重点实验室”。

实验室拥有由国家863计划资助建立的国内第一个“隧道掘进机实验室”、拥有“河南省盾构及掘进技术重点实验室”及“隧道掘进机专业委员会”，实验室拥有“隧道设备研究院”；合作单位浙江大学拥有“流体传动及控制国家重点实验室”，中国铁路工程总公司及北京交通大学拥有“隧道及地下工程试验研究中心”、“隧道与地下工程实验室”，洛阳轴承研究所拥有“国家轴承质量监督检验中心”、“ 机械工业高速精密轴承工程研究中心”、 “军品轴承技术开发中心”、“全国滚动轴承标准化技术委员会”、“中国轴承工业协会技术委员会”。

实验室在刀盘刀具设计、复合盾构研制、泡沫系统研制、刀盘变频驱动系统研制等方面取得了一批较高水平的原创性研究成果，形成了鲜明的研究特色，总体上具备了组建国家重点实验室的条件。经过多年建设，实验室拥有一支在国内外学术界有较大影响的学术梯队，一批较先进的现代化仪器设备、较完善的研发试验平台，形成了鲜明的研究特色，现已成为盾构及掘进技术领域高水平科学研究、人才培养和高新技术开发的基地。

本实验室长期从事盾构装备及掘进技术的研究和技术开发工作。近年来，共有351项科研成果通过企业或省部级等科技主管部门评审、鉴定和验收，其中国际领先水平2项，国际先进水平32项，国内领先水平63项，国内先进水平51项。获国家科技进步奖10项（含特等奖1项）、获“中联重科杯”华厦建设科学技术奖2项、省部级科技进步奖76项。

在盾构技术领域获得国家发明专利9项，实用新型专利16项，形成了一批具有自主知识产权的科研成果。实验室负责我国盾构技术领域的国家标准和行业标准的编制工作，近3年制定盾构技术国家标准1项，行业标准2项，企业标准5项；并且这些成果在盾构制造和隧道建设过程中得到了较好的应用。

近五年承担的重大科研项目：

（1）“软硬不均地层复杂环境隧道复合盾构的研究及掘进技术”，获2006年度国家科技进步二等奖。

（2）“铁路隧道防排水施工工艺和检测技术研究”，铁道部2005年科研项目，2007已通过铁道部验收；

（3）“高原特长铁路隧道快速施工机械设备配套技术研究” 铁道部2005年科研项目，2007已通过铁道部验收；

（4）“渝怀线圆梁山隧道关键技术的试验研究”，铁道部科研项目，该课题2007年度获河南省科技进步一等奖，2008年获铁道学会科技进步一等奖；

（5）“狮子洋水下隧道复合盾构掘进与对接技术研究”，铁道部科研项目，课题正在进行中，已完成部分阶段性研究成果，形成阶段性总结报告；

（6）“复杂地质环境下北京地下直径线施工综合技术研究”，铁道部科研项目，课题正在进行中，已完成部分阶段性研究成果；

（7）“南水北调工程若干关键技术研究与应用（西线超长隧洞掘进机施工关键技术问题研究）”，国家“十一五”科技支撑计划项目，2008年签订合同，课题正在进行中。

2010年9月21日 ^[1]  ，科技部基础司组织专家对“盾构及掘进技术国家重点实验室”建设计划进行了可行性论证。依托我集团公司建设的“盾构及掘进技术国家重点实验室”顺利通过论证，获准建设。科技部基础研究司廖小罕副司长、周文能处长、任家荣博士，科技部基础研究管理中心郭哲主任和河南省科技厅赵琛厅长、王占波处长、杨梦琳副处长、杜学勇科长等参加了会议。中铁隧道集团公司总经理张继奎、总工程师洪开荣、副总经理兼中铁隧道装备公司董事长李建斌，中铁隧道装备制造公司总经理韩亚丽等参加了会议。

由中国工程院院士钱七虎、王梦恕及多名全国知名专家、教授组成的专家组听取了集团公司关于实验室建设的计划汇报，对实验室建设场地、中铁装备公司盾构车间进行了实地考察。经过现场沟通和交流，专家组对我集团公司引领国内盾构及掘进技术领域发展的行业地位表示肯定，对我集团公司在推动国家盾构及掘进技术产业发展方面取得的成就表示认可。认为实验室建设目标明确、计划合理可行、措施得当，一致同意通过该重点实验室的建设计划。

专家组认为，盾构及掘进技术国家重点实验室提出了刀盘刀具地质适应性技术、渣土改良与环流技术、主驱动与传动技术、系统集成与控制技术等五个主要研究方向，开展前沿、共性、重大关键技术研究，致力于解决制约我国盾构装备制造业的重大瓶颈技术，提高盾构的自主设计能力和地质适应性，促进国产盾构整体技术升级和成果转化，实现自主知识产权和盾构产业一体化的战略目标。实验室特色优势明显、名称合理、建设目标明确，符合国家重大需求和产业发展方向。

专家组指出，中铁隧道集团公司盾构及掘进技术国家重点实验室组织机构合理，研究团队具备较强的创新能力。人才培养与引进的措施具体可行，队伍总体规划基本合理。实验室建立了盾构控制系统试验、部件检测和液压试验等平台，已具备初步的实验研究和科研条件，科研环境良好。实验室提出的基地建设计划比较合理。实验室建立了相对完善的管理办法和规章制度，在对外开放、交流与合作方面有良好的基础。在推动产学研用结合、面向行业开放服务、增强技术辐射能力等方面制定了可行的措施。

集团公司总经理张继奎表示，中铁隧道集团公司在培养学科带头人、技术精英等方面做出了一定成绩，但前进的道路还很长。我们有信心、有能力承建好盾构及掘进技术国家重点实验室，发挥好我们在隧道及地下工程领域的领先技术优势，在推动国家盾构及掘进技术产业发展方面做出新的更大的贡献。

2011年 ^[2]  ，经国家科技部组织的专家论证，依托中铁隧道集团有限公司的盾构及掘进技术国家重点实验室承担的“盾构电液测控方法与系统集成技术研究”课题，获得国家973计划支持经费410万元，课题编号为2012CB724308。 （中华铁道网通讯员 张蕾）近日，经国家科技部组织的专家论证，依托中铁隧道集团有限公司的盾构及掘进技术国家重点实验室承担的“盾构电液测控方法与系统集成技术研究”课题，获得国家973计划支持经费410万元，课题编号为2012CB724308，课题负责人为盾构及掘进技术国家重点实验室常务副主任、教授级高工陈馈。这是盾构及掘进技术国家重点实验室第二次承担国家973计划课题。

电液控制系统是盾构的核心，电液控制技术是盾构的核心技术。德、日、美等发达国家在盾构电液控制系统理论和技术方面长期处于垄断地位，我国尚未形成系统的设计理论和方法，电液控制系统主要元器件长期依赖进口，己成为制约我国盾构技术发展的主要瓶颈技术之一。该课题将从基础理论、设计方法、支撑技术三个层面，对刀盘电液驱动理论和方法、推进系统协调控制理论和方法、节能控制理论和方法、电液系统性能测试方法和技术进行研究，将着力解决突变载荷顺应性、系统协调可控性及控制可靠性等基础科学问题，为盾构电液系统设计制造的关键技术创新提供理论与方法，从而使我国盾构电液系统的控制理论和技术跻身于世界前列。该课题的实施，将有力推进实验室的建设，为实验室开展行业应用基础研究、发展共性关键技术、增强技术辐射能力、推动产学研相结合发挥重要的作用。