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“十三五”期间随着国内基础设施建设投资规模增加,盾构机需求规模将增长【图】

2018年12月24日 13:56:21字号:T|T

    盾构机,全名叫盾构隧道掘进机,是一种隧道掘进的专用工程机械,现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术,而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造,可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

    盾构机的机型种类很多。根据地层条件和具体施工方法的不同,可以分为硬岩盾构、软岩盾构、软土盾构、复合式盾构(硬岩软土盾构)。而按开挖面的闭合程度,可分为开敞式、半开敞式和封闭式。其中,开敞式又可细分为人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构;半开敞式也有挤压盾构和网格盾构之分,而封闭式则可进一步分为泥水加压平衡盾构(含直接控制型、间接控制型两种)、土压平衡盾构(包括普通型、加泥型、加水型、泥浆型等种类)。还有将两种类型复合在一起的复合型,也包括泥水型、土压型、敞开型等多种,此外,还有适用于城市地下工程,如市政供排水、电缆管道建设的微型盾构。而目前作为主流技术的,主要有泥水加压平衡盾构机、土压平衡盾构机、复合型盾构机、TMB掘进机和微型盾构机五种。

盾构机主要种类情况

资料来源:智研咨询整理

    盾构机上游行业上游主要是:钢压延加工业、电气系统制造行业、液压系统制造行业、其他零部件配套设备制造行业。盾构机下游行业主要是城市地铁、公路隧道、铁路隧道、市政工程建设施工等行业。

    盾构机制造业的下游行业为城市地铁、公路隧道、铁路隧道、市政工程建设施工等行业,基建投资受产业政策的影响较大,其投资规:屯蹲史较蛑苯佑跋煨幸档氖谐⌒枨。“十三五”期间,国内铁路、公路、城市轨道交通等基础设施建设将保持一定的规模需求增长。

盾构机行业产业链分析

资料来源:公开资料智研咨询整理

    近年来,国内隧道掘进机械行业规模较大的企业主要包括以中铁装备为代表的拥有自主知识产权国内盾构生企业,以德国海瑞克股份公司、日本株式会社小松制作所等为代表的国际企业。以及中交天和机械设备制造有限公司、辽宁三工业等为代表的合资企业。

中国盾构机生产企业一览

分类
企业名称
欧美外资
海瑞克(德国)、罗宾斯(美国)、维尔特(德国)
日系外资
小松、三菱、日立、石川岛、奥村
内资或合资
中铁装备、中国铁建重工、隧道股份、中交天和、
辽宁三三工业、北方重工等30多家公司

资料来源:公开资料整理

    我国隧道掘进机研发制造企业首先根据施工方引进的国外先进技术和设备进行研究、消化吸收,自行尝试研发制造再与国外高端设备公司进行合作研究、消化吸收,自行尝试研发制造,再与国外高端设备公司进行合作制造,到最后完全掌握核心技术,自主研发设计制造。其中还有一些公司通过并购海外高端隧道掘进装备制造企业或购买核心技术产权,来加快进步和市场地位提高的进程,实现跨越式发展。

    2017年我国盾构机行业产量达到了475台,同比2016年的392台增长了19.95%,近几年我国盾构机行业供需情况如下图所示:

2012-2017年中国盾构机市场供需平衡情况

资料来源:智研咨询整理

2013-2017年中国自推进的隧道掘进机进出口情况

年份
商品名称
单位
出口
数量
出口金额
(千美元)
进口数量
进口金额
(千美元)
2013年
84303130
自推进的隧道掘进机
90
386,889
30
84,356
2014年
84303130
自推进的隧道掘进机
59
219,423
13
51,131
2015年
84303130
自推进的隧道掘进机
58
303,898
11
38,522
2016年
84303130
自推进的隧道掘进机
55
244,659
4
13,420
2017年
84303130
自推进的隧道掘进机
130
280,171
5
1,804

资料来源:中国海关智研咨询整理

    近年来,国内盾构机企业技术水平不断提高,国产盾构机替代进口产品速度加快,盾构机整体价格呈现下降态势,如下图所示:

2012-2017年中国盾构机行业市场规模及均价走势

资料来源:智研咨询整理

2014-2017年我国盾构机细分市场规模统计图

资料来源:智研咨询整理

    目前在建的地铁隧道施工绝大部分是由盾构机完成的,根据研究,国内地铁隧道用盾构机的使用寿命大概为8-9公里/台,按照地方政府未来2012-2020年地铁建设规划,仅这一应用领域就带来约500台盾构机的市场需求,国内盾构机行业未来8年将迎来快速发展机遇。

    此外,综合考虑盾构机在水利、铁路、公路、市政、水底等隧道施工中的应用及各相关领域已经发布的规划目标,预计未来10年国内盾构机需求不低于1000台,保守估计市场容量至少500亿。

    1、中国盾构机行业面临困境

    一、国内企业产品和设计领域差距明显

    国内研制的盾构掘进机与国外先进盾构掘进机相比存在以下几方面的差距:

    (1)地层稳定和地面沉降控制技术

    控制沉降和土体扰动的最有效的方法是采用泥水平衡和土压平衡技术。我国平衡式盾构都是预先设定土仓压力数值,在施工中根据沉降情况进行进一步调整,这是一种“滞后式”的土压纠正。国外平衡式盾构,在土仓内部设置土压传感器,通过机、电、液与计算机系统的协助,可以保证地层稳定的效果。是否装备先进的土压传感器成为国内外盾构机的显著区别。

    (2)结构设计技术

    国内研制的盾构机都是单一刚体结构,断面尺寸大,活动限制多,对于隧道小半径转弯的工况难以胜任。由于盾构断面呈修长的管形,所以即使建设两线距离很近的复线隧道,也必须左右两线分别施工,两线互相干扰,加大了风险和施工难度。国外已经研制出盾体分成两到截的盾构机,转弯灵活,解决小半径的弯道施工问题。可以把盾体截面设计成三圆形、眼镜形、H&V、拱形等多种形式。其中眼镜形盾体可以很好的适应复线一次性施工的盾构工程。

    (3)液压推进与导向技术

    国外盾构施工通常在盾构周边布监控点,检测盾构运行状态、土仓压力和地层扰动情况,这些信息通过计算机处理,传递给控制液压系统,实现推进和导向全自动无人控制。国内土压探测传感技术还是空白。

    (4)防水和同步注浆技术

    我国盾构施工隧道内部管片防水方式采用的是膨胀橡胶条防水,还没有开发出国外已经通用的土工防水布防水技术。目前存在两种注浆系统:单液注浆与双液注浆。单液同步注浆系统已经成功实现国内制造,但双液注浆系统还必须从国外进口。

    (5)盾构理论的综合构建

    美、英、法、德、日等国,在长期的工程实践之中已经摸索形成了一套成熟的已经经历实践检验的盾构设计理论,而且经过一百多年的实际运用,在刀盘设计、出土形式、系统控制等方面都具有了相当高的理论和实践水平。尤其是日本,在传统盾构工程之外,还对大深度开发地下空间甚至是建造百米以下的地下城市空间作出了建设性探索。而我国目前尚没有形成有中国特色的盾构理论,许多关键技术的原理还存在理论空白。

    二、在关键零部件领域存在潜在隐患

    在关键零部件领域存在潜在隐患。制造工艺技术也有明显差距,但主要体现在一些零部件制造行业的制造差距,尽管目前不是制约国产盾构机制造业发展的最主要因素。但关键零部件如主驱动部件等需要从国外进口,为未来市场的长远发展形成了一个重要的潜在隐患。新能力和研发投入有待进一步加强和提高。

    三、市场缺乏科学全面的调研

    市场缺乏科学全面的调研,对市场的变化和需求存在滞后空间,对国内企业应对市场变化造成信息阻碍。政府为盾构机行业的发展软环境建设上尚需一定的提高。加强市场的监管和服务体系建设。

    四、行业存在无序竞争和不规范状态

    盾构机行业目前的发展状况存在无序和行业不规范状态。有与其应用范围广泛,涉及的上级管理部门分散,导致其市场需求的真实具体数据难以统计,行业出现了一拥而上的局面。

    国内行业企业存在一定的无序竞争状态,市场尚没健全集中,不稳定的企业竞争秩序对市场内企业稳定健康竞争存在阻碍。产业结构不尽合理,企业趋多,规模偏。喽磺,大而不精,缺少市场竞争力和长远发展动力,市场的竞争环境有待完善,监管不到位。

    2国内盾构机企业的出路分析

    随着我国的经济实力的进一步增强,轨道交通建设纷纷上马,对盾构机的需求也水涨船高。随着我国科技实力的进一步发展,我国也开始具有研究大型工程机械的必要性和可行性。基于当前国情,本人认为应该采取如下措施,以求发展国内盾构行业,打破国外的技术壁垒,创造国内盾构研发和应用的高潮。

    (1)研发策略

    基于我国国情,当前是我国应用城市轨道交通解决交通拥堵问题的热潮期,国内一线城市都在积极发展轨道交通建设,比如北京、上海、广州、天津等,二线城市比如武汉、沈阳、杭州等的地铁项目也已经上马,因此可以把握这一契机,从直径为6.3m左右的地铁隧道盾构机入手,前期满足国内修建地铁的需求,后期向全断面掘进机、非开挖设备辐射,从而利用广泛的市场前景取得经济效益和社会效益。

    (2)加强技术引进

    通过多种方式与国外著名企业和专家合作,采取拿来主义,购买国外的先进技术和成功经验,站在巨人的肩膀上构建自己的研发平台,避免走弯路,确保盾构研发的高起点。

    (3)专业队伍的培养

    我国目前的工程人才培养主要在于土木、道桥和工民建,欠缺高层次的盾构设计、制造、安装、调试的专门人才,因此大专院校应该通过设置盾构专业,并与施工单位进行人才培养合作,从而改善我国目前的人才缺位状况,为后续盾构技术在我国的进一步发展打下基础。.

    (4)建立盾构研发的数据库

    盾构研制和施工的信息化、电子化是社会发展和技术进步的必然方向,而构建完善的数据库是信息化、电子化的基础。在盾构研发、设计、制造、安装过程中把原始资料进行收集、汇总、整理,避免以往盾构研制中的重复做功,使全国的盾构行业形成一盘有计划的棋,在盾构的研发与积累过程中协调进步。目前北京、上海、天津、广州等地的地铁正在如火如荼地建设之中,做此项工作刻不容缓。

    综上所述,我国盾构机的研发、制造、使用有不足也有机遇,只要给予适当投入,科学发展,定能使我国的工程建设迈上一个较高的台阶,从而驶上隧道科技的快车道。

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