深地无声，掘进不止

——记“燕赵楷模”、石家庄铁道大学郭京波盾构机研发团队

7月20日，郭京波（右一）与研发团队进行盾构机盾尾密封试验。 河北日报记者 史晟全摄

盾构机俗称“钢铁穿山甲”，是目前最先进的隧道开挖装备，集机、电、液、信息、人工智能等技术于一身，具有数万个零部件。作为“工程机械之王”，盾构机已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。

28年前，石家庄铁道大学机械工程学院教师郭京波，参与了全断面岩石掘进机（TBM）的资料翻译工作，从此开启了他的“盾构人生”。

如今，郭京波作为盾构机领域的一名专家，带领团队设计制造盾构机30余台，常年奔波在全国各地解决隧道施工的技术难题。

深地无声，掘进不止。7月22日，刚刚从广西百色施工现场归来的郭京波盾构机研发团队，走进“燕赵楷模发布厅”，讲述他们与盾构机的故事。

与盾构机结缘

“郭老师，给您汇报一个好消息，我们的项目已经推进了1000米，按目前的速度，预计今年9月初完成盾构施工。”7月20日上午，记者采访时，郭京波接到了中铁三局谈仓电力项目负责人的电话。

谈仓电力项目是石家庄大“1+4”电网布局的重要组成部分。这次所用的盾构机“国际一号”，就是郭京波团队主持设计制造的。

郭京波介绍，相比地铁盾构机，“国际一号”直径更小，依靠先进的转向机构，可以在狭窄的空间内实现精准转弯，能够更灵活地适应复杂地质条件。

此外，电缆隧道采用盾构法施工的优势明显，不仅施工速度更快，在环保和安全方面表现也更为出色。

“经过这么多年发展，盾构机已经不仅仅用于开掘铁路隧道，它广泛用于电力隧道、石油管道和地下管廊建设中。”郭京波说，在20世纪90年代，盾构机对我国的科研人员来说，还是遥不可及的“庞然大物”。

1992年，郭京波从东北大学机械专业研究生毕业后，来到石家庄铁道学院（今石家庄铁道大学）工作。

“一开始，我就从事铁路隧道施工机械设备的研发。”郭京波说。

铺设铁路，穿山越岭是一大挑战。当时，铁路隧道一直采用人工开掘的方式，耗时费力，工程浩大。

然而，中国铁路的铁轨伸展到莽莽秦岭时，人工开掘隧道从“艰难”变成了“几近不可能”。岩石硬、埋深大、隧道长。此外，秦岭地形、地质构造条件十分复杂，传统钻爆法非常困难。

1997年，为打通这一堪称“人力不可为”的坚硬山体，我国从德国首次购买两台TBM。

和昂贵的售价比起来，更让人吃惊的是驾驭它的难度。使用TBM要设置大量参数，进行复杂调试，可国内没有人掌握这些技术。

当时，石家庄铁道大学承担了有关TBM掘进技术、监测诊断与维护保养技术等一系列科研课题。

作为年轻教师，郭京波参与了TBM的资料翻译和整理工作。

“一共36卷，我主持翻译了第31、32卷，这也是我第一次近距离接触全断面隧道掘进机。”郭京波说。

主持设计制造30余台盾构机

秦岭隧道贯通后，郭京波很长时间没有再接触盾构机。

时间来到2005年，中国的盾构机市场进一步扩大。除了引进国外产品外，国内一些企业和科研机构也开始从事盾构机的研发工作。

当时，秦皇岛天业通联重工股份有限公司找到石家庄铁道大学，希望联合开发国产盾构机。最终双方达成合作协议，郭京波带队主持盾构机的研发项目，并担任盾构机制造厂总工程师。

“除了我参与翻译的TBM说明书，我们没有其他任何有关盾构机的技术资料。”郭京波说，他带领团队，从零开始，一点点摸索推进。

那段时间，郭京波带领各学科的科研人员，夜以继日开展科研攻关。

“盾构机构造极其复杂，涉及多个学科，需要通力合作，才能一个个攻克技术难关。”郭京波举例说，盾构机刀盘需要10套电机—减速机同时来驱动，但在试验过程中，时常有电机损坏。

为什么总是这个电机先坏？郭京波带领团队经过反复试验发现，是控制系统出现了问题。

10套电机—减速机驱动的小齿轮带动一个大齿轮工作，如果有电机不能同步运行，时间长了，就会损坏。郭京波团队成员通过调整电机的电流输出，实现了载荷同步，解决了这一难题。

这样的例子还有很多。要拿到一手的数据，就要深入隧道。机器一开动，原本阴凉的隧道变得又湿又热。而且机器一开动就不能随意停下，团队成员就日夜轮班值守。

2009年，郭京波主持设计制造的盾构机“吉祥号”下线，并成功应用于北京地铁6号线；2011年，团队研发的直径10.22米盾构机应用于北京地铁14号线的修建，是当时国内地铁施工采用的最大直径土压平衡式盾构机……

依托秦皇岛天业通联重工，郭京波主持设计制造土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、TBM等30余台。

通过大量实地调研、理论分析和盾构机现场掘进验证，郭京波盾构机研发团队进行了26项技术创新，申请了129项国家专利。

此外，郭京波盾构机研发团队主编或参编国家标准9项，不仅在学术领域得到广泛认可，更为行业发展提供了理论支撑和技术规范。

让盾构机更智能更安全

这个暑假，石家庄铁道大学硕士研究生任智峰很充实，他和导师郭京波研发的盾构机刀具密封试验平台得到了合作企业的认可。

“刀具的密封圈是非金属材料，随着温度升高或者压力增强，很容易出现破损，不仅影响盾构机的使用，还可能威胁施工人员的人身安全。”郭京波介绍，最近这些年，他和团队一直关注盾构机的智能化和安全问题。

除了密封圈，刀具和刀盘也是重要的安全因素。在特殊的施工环境，盾构机需要连续作业，如果刀具刀盘出现问题，可能会酿成事故。

石家庄铁道大学机械工程学院副院长李杰教授2012年加入团队，一直从事盾构机掘进性能预测和关键零部件安全可靠性问题研究。

“我们根据施工的地质环境，科学预测刀盘刀具的使用寿命，在遇到特殊情况时，可以提前采取措施。”李杰介绍，他们正在研究激光辅助刀具破岩，这不仅可以提高破岩效率，还可以延长刀盘刀具的使用寿命，增强安全性。

盾构机施工也可以智能化。在川藏铁路隧道施工中，1989年出生的团队成员梁晓副教授，研制了悬轨式长距离智能巡检机器人，不仅解决了对人工巡查的依赖，还解决了检测不清、诊断不准、定位不精等一系列难题。

2015年后，随着我国城市地铁建设加速，盾构机的使用越来越普遍，但随之而来的是，掌握相关技术的现场工程师严重短缺。如何利用信息技术手段，提高盾构机施工的安全性？

郭京波盾构机研发团队联合软件开发公司开发了盾构（TBM）施工与健康管理平台。通过这个平台，懂技术的工程师可以远程实时监控多个盾构机运行情况，还能根据参数变化，提前进行风险预警。

如今，这一平台已经被应用到中铁十四局、中铁二十局等十余家企业。

“我们下一步主要的研究方向就是盾构机的智能化建造，让它更智能更安全。”郭京波说。（河北日报记者 王敬照）