很多人對戰斗機的分代并不陌生，甚至能夠對一些經典機型娓娓道來。也許您并不知道，在素有“國之重器”之稱的掘進機領域，也存在著明晰的分代。行業領軍者 —— 中鐵工業已經完成第三代、第四代掘進機的技術積累，目前正致力研制第四代半、第五代掘進機，開啟掘進機顛覆性原創核心技術全新時代。
激光、高壓水作利齒”掘進機更快更強
第四代半、第五代掘進機是中鐵工業在世界上首次提出的掘進機發展方向，今年5月2日，中鐵高新工業與紐敦光電科技(上海)有限公司進行戰略合作，共同研發第四代半、第五代掘進機。
第四代半掘進機是指以刀具為主要破巖掘進方式，以激光、水射流、聲波等一種或多種學科技術進行輔助破巖的合成掘進設備。
第五代掘進機是指以激光、水射流、聲波、射線、核能源、化學物質等一種或多種物質為主進行掘進破巖，或輔以機械設備聯合開挖的掘進裝備。
▲圖示 第四代半掘進機
第四代半、第五代掘進機逐步舍棄了過去以刀盤、刀具等固體為主要掘進介質的方式，轉而以光線、聲波、液體等為介質進行巖體、土體切削，這將徹底解決當前盾構和TBM存在的掘進速度緩慢、刀具易磨損等難題，大幅度提升掘進效率，改善工作環境，降低施工成本，為鐵路、公路、水利和地下空間開發等領域建設提供更優選擇。
據了解，紐敦光電具有世界領先的高亮度激光技術，所生產的民用器件亮度和功率均位于世界前列。
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讀者也許會好奇，第一代至第四代掘進機又分別是哪些呢?通常來說，我們根據掘進機從誕生到逐步完善的各個階段，對其進行代數分級。
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初代掘進機的誕生 靈感竟源自船蛆
18世紀末，一個橫貫泰晤士河的隧道修建計劃在英國提上了議程。盡管以當時的技術條件，修建這么大規模的地下隧道難如登天，但是在1798年，這項工程還是進入了施工階段，隨后又因為多種難以克服的困難匆匆中斷。
一個偶然的機會，法國工程師布魯諾爾從一種船蛆的鉆洞行為中獲得靈感，設計出一種開放型手掘盾構機。這臺機器一種金屬方形箱體，內部有的人工作業和輔助設備。由千斤頂推動金屬框水平前進，并有金屬框支護土體防止塌方，同時還在金屬框后進行襯砌結構的施工。盾構機的構架分成36個小單元，每個單元內有一名礦工把他面前的粘土挖開。當許多名礦工挖去同一數量的粘土時，構架就可以向前移動了，挖空的地方被砌上磚塊，這就是第一代掘進機的原型。
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1825年，這臺盾構機首次應用于倫敦泰晤士河隧道施工，在此后漫長的十余年中，盾構機不斷被改良、又投入使用，最終在1843年建成泰晤士河水底隧道。這在人類隧道工程史上具有著里程碑意義，其技術原理為現代盾構機設計奠定了基礎。
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從人工走向機械? 盾構史上的長足進步
盡管布魯諾爾發明的第一代掘進機意義重大，但仍沒有擺脫手掘的束縛。1876年英國人約翰·荻克英森·布倫敦和姬奧基·布倫敦申請了第一個機械化盾構的專利，其進步的標志是采用了壓縮空氣，用機械開挖代替了人工開挖，隧道掘進機從此邁入了機械時代。
通常，我們把機械式和氣壓式盾構機稱為第二代掘進機。布倫敦等人發明的盾構機有一個由幾塊板構成的旋轉刀盤，開挖的渣土落入徑向裝在刀盤上的料斗中，料斗將渣土轉運至輪帶輸送機上，再將它轉運到盾構機后部送出。這是盾構史上的一個巨大進步。
第三代掘進機以閉胸式盾構機為代表，主要包括土壓平衡式盾構機和泥水平衡式盾構機，以新型襯砌為主要技術特點。土壓平衡式盾構機是通過調節出泥艙的土壓力穩定開挖面，棄土可以從出泥艙排出的盾構機。泥水平衡式盾構機是通過調節出泥艙的泥水壓力穩定開挖面，棄土以泥水方式排出的盾構機。
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從機械走向智能 掘進機技術的突破與飛躍
第四代掘進機以智能化、無人值守、網絡信息處理為主要特色，中鐵裝備集團承擔這個研究領域的國家973項目，讓掘進機具有深度巖-機互饋感知、智慧決策、自動執行功能，是未來掘進機發展方向。國家973項目首席科學家李建斌帶領研發團隊聯合大專院校和科研機構正在開展第四代掘進機科技攻關研究，預計在2019年年底完成第四代掘進機樣機研制并進行工業試驗，也可以預測在2025年之前中鐵工業公司將完成第四代半、第五代掘進機的研制，而且在相當長的時間內這幾種掘進機將在市場上并存，各自發揮自己的應用空間優勢。
中鐵高新工業股份有限公司(以下簡稱“中鐵工業”)是中國掘進機的開拓者和領軍者。2008年，中鐵工業旗下的中鐵裝備研制出我國首臺第三代復合式土壓平衡盾構機，并成功應用于天津地鐵建設，從此拉開了中國盾構機產業化發展的序幕。從鋼釬、大錘到風鉆、炸藥，長期以來，在我國隧道工程施工中，人力都沒能得到真正意義上的解放。致力于隧道施工裝備研發制造的中鐵工業經過多年努力，實現了技術水平從跟跑到并跑，再到領跑的跨越，促成了我國隧道工程施工由工具到裝備，從人力到機械化的演變。除地鐵施工常用的土壓平衡盾構機外，企業還研發出異形盾構機、超大直徑泥水盾構機、小微盾構機、TBM等諸多創新產品，這些裝備廣泛應用于國防、水利、電力、市政各類地下工程項目。今年5月，中鐵工業在河南鄭州成立我國首個國際掘進機創新研究中心，致力于世界掘進機研發中心和巖土刀具創新中心建設，搶占掘進機技術制高點。
據了解，世界上掌握技術話語權的行業巨頭們通常會對產品進行分代，如索尼、微軟為其開發的游戲機產品分代，英特爾公司將處理器分代等，同類產品的分代不僅能夠確立行業標桿，使產品、標準得到廣泛認同，更激發了整個產業的發展動能，促進相關領域核心技術的突破與飛躍，對行業發展有著劃時代的意義。
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