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近日，科学出版社推出新书《隧道制造技术概论》（李建斌等著），读后倍感兴奋，这部著作是对隧道制造理念和实践的创新探索，难能可贵！

《隧道制造技术概论》从机械制造的角度提出了隧道制造，即“中国法”，并介绍与研究了“中国技术”“中国方案”“中国装备”。全书分上下册，共12章，介绍或论述了隧道发展史和隧道工业化、隧道破岩新理念、隧道加工新装备、隧道破岩新刀具、特殊隧道制造新方法、隧道支护和衬砌、隧道辅助作业、掘进装备智能化减振控制技术、隧道绿色制造与再制造、隧道制造中的信息技术、岩体状态智能识别技术、掘进机智能控制技术。

一、全新的理念创新

提出“隧道工业化”的全新概念

目前的隧道建设方法距离现代化还有一定差距，需要颠覆性的工程科学理念和变革性的工程技术出现。工业化是现代化的必由之路，因此《隧道制造技术概论》提出“隧道工业化”的全新概念，希望隧道“施工”逐步变为隧道“加工”。

“施工”：谓工程按计划进行建造。“施工”并不是一个科技用词，而是一个工程用语。“建造”，《管理科学技术名词》解释：又称“营造”，把预想的建筑物付诸实施的过程。“加工”：使原材料、半成品、零件发生物理、化学变化，或处于分解、组合的状态，或各类表格的填写过程。

“制造”，《管理科学技术名词》解释：利用人力、机器和工具生产产品的过程，包括设计、物料选择、计划、生产、质量保证、管理、营销等一系列相关活动和操作。显然，“制造”要考虑以成本为导向的营销。

“工业化”，《管理科学技术名词》解释：狭义的工业化是指机器大工业在国民经济中发展并达到占统治地位的过程，即国民经济结构发生了以农业占统治地位向工业占统治地位的转变，它使一个国家由传统的农业国变为现代的工业国。广义的工业化是指发展或现代化。还有一种解释：一个国家和地区国民经济中，工业生产活动逐步取得主导地位的发展过程。机械制造业的发展趋势是智能化、少人化，不断提高加工效率和加工质量。

《隧道制造技术概论》提出隧道工业化的定义是：以精准超前地质预报、现代工业化加工为手段，自动化流水作业，智能化控制全过程的隧道制造方法。其特征是：智能化和隧道加工使用一台或多台设备，每台设备由一人操作或无人操作，根据不同的地质选择不同的加工设备和应用不同的工艺过程。隧道制造更聚焦于研究智能识岩、复合破岩、最适宜的装配护岩和智能制造，把隧道施工过程中的工地“行为”转化为可预见的、有序化的和最经济的工厂制造“行为”。就隧道工业化而言，隧道制造的核心是：“精准识岩、分类破岩、装配护岩、智能制造”。

“制造”和“施工”不是文字之变，是根本之变。“制造”较“施工”更加精细，更加注重制造过程中的加工方法和作业设备适应不断变化的岩石，注重从工序上根据地质选择最合理的设备，体现高效安全和低成本，注重作业少人化。从“施工”变“制造”是工程理念与实践活动的变革，“制造”可能会成为“施工”的更高阶段。隧道技术发展形成“三步曲”，隧道施工→隧道建造→隧道制造。

由“新奥法”“新意法”“挪威法”到“中国法”

《隧道制造技术概论》提出，隧道制造理念称之为“中国法”(Chinatunnelingmethod)。

隧道施工第一代的开凿工具是钢钎和榔头，并用火加热岩石进行辅助破岩。发明火药后，人类将它用于开凿山洞和爆破岩石。手风钻的出现大大提升了人类开挖隧道的距离和效率，并以木料为支撑，形成了坑道(巷道)开挖的“矿山法”。

年，奥地利人在传统矿山法的基础上发明了“新奥法”。新奥法是以隧道工程经验和岩体力学理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法。之后意大利人发明的“新意法”侧重于对隧道掌子面前方土体进行勘察与加固，控制围岩变形，实现全断面施工。挪威人发明的“挪威法”则是侧重于对岩石隧道围岩做出评价、制定支护参数、选择高性能支护材料。

新奥法、新意法有局限性，就是预测岩石力学参数和岩体结构参数的速度滞后于隧道开挖的进度，采用掘进机法时这种滞后现象尤其严重。

“中国法”就是想实现隧道技术的创新与变革，为以工业化和智能化手段建设隧道提供理论和实践的支撑。从机械制造的角度做出隧道制造，即“中国法”的定义。

当然，不论什么方法都需要有一套系统理论来支撑，“中国法”同样如此。一种方法的提出，需要长时间实践的检验，在实践与实验中完善和认可。“中国法”的形成过程也是先研究“中国技术”“中国方案”“中国装备”，经过实践检验，而后形成具有理论研究和机理创新的“中国法”。

《隧道制造技术概论》还提出定义了“非对称破岩”“立体破岩”“复合破岩”等新概念。

李建斌等专家学者这种敢为人先的创新精神是难能可贵的。纵观世界科学技术发展史，就是一部不断创新的历史。其中，理论、理念的创新又是实践创新的基础。理论物理学与实验物理学互相启发，互相印证，才推动物理科学持续发展。

二、系统的技术与实践创新

实践是产生新理念的唯一基础和源头。《隧道制造技术概论》提出的隧道制造、隧道工业化、中国法新理念，是基于李建斌等众多专家、学者们长期的、大量的研发和施工实践。

《隧道制造技术概论》阐述的隧道制造就是要根据实际围岩状态和岩石种类选择不同破岩方法，其核心是“精准识岩、分类破岩、装配护岩、智能制造”。相对于新奥法、新意法、挪威法，隧道制造更考虑聚焦于研究智能识岩、复合破岩、最适宜的装配护岩和智能制造，把隧道施工过程中的工地“行为”转化为可预见、有序化和最经济的工厂隧道制造“行为”。

《隧道制造技术概论》从四个方面对隧道制造(“中国法”)进行阐述。

精准识岩——“智能识岩”才能“精准识岩”。在以围岩为核心的新理论体系中，要延伸识别岩石的内涵，要识别岩石的抗压强度、岩石种类、石英含量等力学参数，更要识别质量指数、节理等岩体的结构参数，全方位掌握岩体状况，为破岩、护岩提供理论基础。书中详细介绍了智能识别岩石、围岩状态的多种智能算法，以及在近10年的研究和几十个项目的实践基础上，智能识岩取得的理论突破。

分类破岩——根据地层结构特点和力学性质，选取最合理的破岩方式，达到“破岩效能”最佳，破岩订制化，因岩制宜。可从单一破岩、复合破岩、非对称破岩等多种破岩方式中选择最合理的破岩方式。通过几年的研究和试验，李建斌等众多专家、学者们取得了重大突破，可以预测，以针对岩石抗拉强度为破岩目的的复合破岩技术在未来几年可以实现工程应用；还可以预测，以岩石抗扭强度为破岩对象的掘进机也可能出现，如同我们用手“拔萝卜”，先用力转动萝卜然后拔起一样的道理，只是用机械“转动”或“拔”岩石都比较困难。

装配护岩——“预制装配为主，其他支护协同”，以及3D打印、钻注一体、锚杆锚固等，更需要快速解决软岩大变形、破碎带、岩爆等不良地质的快速支护、防护等难题。初期支护装配式结构是今后山岭隧道制造的重大变革，没有装配式预制结构很难实现工业化、现代化，盾构法就是最好的例子。为了验证初期支护能不能使用“薄管片”，李建斌等众多专家、学者们也进行了1∶1的实验室破坏性试验，其结果超出的预期，至于能不能工程应用还需要多专业协同研究，从理论上解决工程设计要求，满足设计规范或打破规范。

智能制造——通盘考虑制造效率，最有效地使用资源，最合理地布置工序流程，达到隧道制造最优的性价比。借鉴机械制造的理念，根据岩石状况、隧道断面形状、隧道长度而选择合理的破岩装备和支护方法等。显然，与机械制造对比，现在隧道施工手段极其有限，而且发展缓慢，需要加快技术创新，改变隧道技术现状成为今后的重大任务。

李建斌等众多专家、学者们特别指出：“中国法”即隧道制造，并不是全盘否定传统的隧道施工方法，而是应该继承新奥法、新意法这些工法的科学理念。还可以改进和革新这些方法，譬如，我们完全可以使用马蹄形盾构机代替新意法施工的异形断面软岩隧道，这样隧道建设速度会更快、质量会更好。例如，意大利罗马环形高速公路上的阿皮亚安蒂卡(AppiaAntica)隧道，跨度大于20m，断面达m2，而地层则为土层，埋深仅4m。这样的大断面隧道通过采用玻璃纤维对开挖面前方的核心土进行超前加固，把不良地层改良为稳定地层后进行全断面机械化施工，如果采用多刀盘马蹄形盾构机，可以实现在浅覆土地层下安全掘进。对于隧道制造，应该实现机械化，减少单工序作业，尽可能全断面作业。

李建斌等众多专家、学者们特别指出隧道制造的难点。隧道这个“工件”是固定不动的，需要加工它的设备都是可移动的，这就使得设备定位需要时间，需要一定的定位精度，需要根据地质变化、断面变化、环境变化而采取特殊措施或更换更合适的设备，是一种反向流水作业方式。这与机械工件的加工不一样，机械工件是运动部件(大型部件则是固定的)，加工设备通常是固定的(极个别加工设备是运动的)。隧道是一个自然界中自然形成的、已经存在的物体的组成部分，一直存在着不可预测性强、突发事件较多的情况。如何及早辨识地质变化，超前预报、及时预警，需要时间、成本和经验；如何开发更先进的、更准确的地质预报设备，将直接影响工业化效果。隧道制造将对人类认识大自然提出更高要求，从地下到地上、从高山到大海，地质变化极其频繁和多样，需要我们逐一深入认识、准确把握，先手手段、后发措施都需要一一解决，这样才有工业化实现的可能和条件。一个隧道因地质的变化带来开挖断面的不同，也就是加工尺寸发生变化，隧道净空大致是一样的，但个别情况下虽然地质没有变化但隧道净空也不一样，这样为机械化加工带来许多特殊设计，也是难点之一。

可以说，一种全新的理念的产生，是在实践中升华的结果，是科学进步和哲学思维的合成，是隧道制造技术探索的是工程技术、装备制造技术的协同创新与发展。

科学家才能讲好科学。《隧道制造技术概论》的成功，得益于李建斌等专家的扎实丰富的科学素养。

李建斌，中铁高新工业股份有限公司总经理，教授级高级工程师，西南交通大学兼职教授，国家一级建造师，中国盾构产业化的推动者和奠基者之一，河南省十佳杰出科技型创新企业家,中国中铁突出贡献中青年专家。获得中国发明专利76项，国外发明专利4项，是年度国家科技进步一等奖获得者之一，年度国家科技进步二等奖获得者之一，郑州市劳模、河南省劳模，项目首席科学家，享受国务院政府特殊津贴专家。

总之，《隧道制造技术概论》是“致力于实现隧道工业化、现代化”（扉页题字）的李建斌等专家们的一次成功的从理念到实践的创新探索！

（书评作者：才铁军，资深财经记者、中国著名纪实文学作家，中国作家协会所属中国纪实文学研究会常务理事。作品被《新华文摘》杂志转载5万余字。主要著作有《中国大盾构——中国全断面隧道掘进机及施工技术发展史》等12部。）

本书从机械制造的角度提出了隧道制造，即“中国法”，并介绍与研究了“中国技术”“中国方案”“中国装备”。全书分上下册，共12章。上册包含第1至第4章，分别介绍或论述了隧道发展史和隧道工业化、隧道破岩新理念、隧道加工新装备、隧道破岩新刀具。下册包含第5至第12章，分别介绍或论述了特殊隧道制造新方法、隧道支护和衬砌、隧道辅助作业、掘进装备智能化减振控制技术、隧道绿色制造与再制造、隧道制造中的信息技术、岩体状态智能识别技术、掘进机智能控制技术。

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出版说明

前言第1章隧道发展史和隧道工业化11.1古代隧道及其施工方法21.1.1中国的古代隧道21.1.2世界其他地区的古代隧道31.2近代隧道及其施工方法31.3现有隧道建设特点.4隧道工业化.4.1隧道工业化和隧道制造的理念.4.2实现隧道制造的工业化体系和核心技术.4.3隧道制造的难点18参考文献19第2章隧道破岩新理念.1滚刀斜切破岩.2截齿破岩（破土）.3滚刀与激光复合破岩.4高压水射流破岩.5滚刀与高压水射流复合破岩.6振动增强高压水射流破岩.7微波破岩.8微波联合高压水射流破岩.9微波联合液氮射流破岩.3双撑靴TBM.4并联/串联机器人TBM.4.1总体设计.4.2刀盘设计.4.3支撑系统设计.4.4运动分析与位置逆解.4.5控制策略与系统.5悬臂自由断面破岩设备.5.1悬臂掘进机.5.2铣岩机.5.3轮式刀盘掘进机.5.4转盘式掘进机.6双刀盘TBM.7长大隧道多功能多模式掘进机.7.1多功能多模式掘进机技术原理.7.2闭式单护盾TBM掘进模式.7.3土压平衡掘进模式.7.4泥水平衡掘进模式.7.5模式转换.7.6海底隧道、海峡隧道多功能多模式.8插刀TBM.9反锥形刀盘TBM.10叶片式刀盘TBM.11螺旋刀盘TBM.12双滚筒无盲区矩形断面TBM.13三圆TBM.13.1三圆TBM技术难点.13.2三圆TBM构成及关键技术.14十二种马蹄形盾构机.14.1全马盾构机.14.2软马盾构机.1切削刀具.1.1切削刀具类型.1.2切削刀具安装方式.1.3切削刀具主要失效形式.2滚刀刀具.2.1滚刀基本结构.2.2滚刀刀圈材料.2.3耐高温刀具.2.4耐高水压刀具.2.5滚刀的安装方式.2.6滚刀与刀箱的匹配.2.7滚刀的主要失效形式与分析.3滚刀与地质条件的匹配.3.1滚刀破岩机理.3.2滚刀启动扭矩与岩性的匹配关系.3.3滚刀刃形与岩性的匹配关系.3.4表征岩体掘进难易程度的主要参数.3.5影响滚刀刀圈掘进性能的主要参数及表征方法.3.6滚刀刀圈性能与岩性的匹配关系.4刀具的安装布置.4.1刀具安装布置技术要求.4.2刀具布置形式.4.3滚刀布置要求和评价指标.4.4切削刀布置.5复合破岩的刀具安装方式.6目前刀具破岩遇到的主要困难与思路.6.1极硬岩、高磨蚀、高完整性岩体的刀具设计思路.6.2软硬不均及孤石地层刀具破岩的设计要求与思路.6.3富水大卵石及富水砾岩等不稳定地层的刀具设计思路.6.4主动驱动滚刀设计思路参考文献

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前言第5章特殊隧道制造新方法.1极硬岩隨.1.1申及硬岩隧道工程特点.1.2极硬岩隧道TBM制造工艺.1.3异形极硬岩隧道非钻去工艺.1.4其他极硬岩破岩方式.2软岩大变形隧道.2.1软岩大变形隧道特征.2.2软岩大变形隧道制造技术.3大跨度软岩隧道.3.1大跨度软岩隧道工程特征.3.2大跨度软岩隧道制造关键技术.4非爆破硬岩超大断面空间.5砾岩隧道.6黄土隧道.6.1黄土醒工程特征.6.2黄土醒制造关键技术.7砂卵石隧道.7.1砂卵石隧道工程特征.7.2砂卵石隧道制造关键技术.8富水软泥隧道.8.1富水软泥隧道工程特征.8.2富水软泥隧道制造关键技术.9岩爆隧道.9.1岩暴醒工程特征.9.2岩暴隧道制造关键技术.10破歸隧道.10.1破碎带隧道工程特征.10.2破碎带隧道制造关键技术.11裂隙水发育隧道.11.1裂隙水发育隧道工程特征.11.2裂隙水发育隧道制造关键技术.12海底隧道.12.1海底隧道工程特征.12.2海底隧道制造关键技术5.13高地温隧道.13.1高地温隧道工程特征.13.2高地温隧道制造关键技术.14浅覆土隧道.14.1浅覆土隧道工程特征.14.2—次开挖成型工法.14.3CC工法简介.14.4CC工法用于双层空间作业.14.5CC工法应用案例.15复合地层异形断面隧道.15.1复合地层异形断面隧道工程特征.15.2复合地层异形断面隧道制造关键技术.15.3复合地层破岩滚刀的选用.16城门形隧道.16.1城门形隧道工程特征.16.2城门形隧道制造关键技术.17塌方隧道.17.1塌方隧道工程特征.17.2塌方隧道制造关键技术5.18竖井.18.1竖井工程特征.18.2竖井制造关键技术.19矩形隧道.19.1地质勘察.19.2支护结构衬砌技术.19.3姿态控制技术.19.4沉降控制技术.20隧道不良地质超前预报技术.20.1隧道不良地质精细化探测方法.20.2掘进装备搭载的在线超前预报技术.20.3智能化隧道超前地质预报与岩体信息感知.20.4隧道地质岩体虚拟仿真可视化平台参考文献第6章隧道支护和衬砌.1围岩注浆加固装备.1.1技术概述.1.2多臂钻注技术.1.3工业化特征.2隧道初期支护技术.2.1技术概述.2.2核心技术.2.3工业化特征.3隧道自动化衬砌技术.3.1技术概述.3.2核心技术.3.3工业化特征6.3.4隧道衬砌技术的发展趋势.4成套模块式一体机.4.1结构特点.4.2工作原理.4.3关键技术.4.4适用地质第7章隧道辅助作业.1物料运输设备.1.1皮带極输系统.1.2胶轮无轨运输车.1.3出渣列车7.1.4斜井出渣设备.1.5竖井皮带提升机.1.6真空管道物料运输系统.1.7钻爆法弃渣收集装置.1.8磁悬浮物料运输系统.2隧道内降温方式与实例.2.1冰蓄冷技术.2.2隧道内降温案例参考文献第8章掘进装备智能化减振控制技术.1机电液耦合振动机主参数抗振技术.1.1机电液耦合振动机理研究背景.1.2基于机电液耦合的设计主参数抗振技术.2TBM设备振动无线监测技术.3TBM磁流变与TMD减振技术.3.1TBM磁流变抗振减振技术.3.2TMD智能抗振减振技术.4电磁撑靴减振装置.5颗粒阻尼减振装置参考文献第9章隧道绿色制造与再制造.1绿色隧道发展现状.1.1绿色隧道的理念及内涵.1.2国外绿色隧道发展现状.1.3国内绿色隧道发展现状.2绿色隧道装配式制造技术.2.1隧道二次衬砌钢筋装配式安装技术.2.2隧道二次衬砌钢筋安装作业工艺.2.3二次衬砌钢筋安装机性能及优势.2.4市场应用.3绿色隧道通风环保技术.3.1隧道通风环保概述.3.2隧道作业环境.3.3隧道作业卫生标准.3.4绿色醒新型除尘设备.4绿色隧道弃渣处理技术.4.1隧道弃渣处理概述.4.2隧道渣土聰处理技术.4.3隧道渣土环保处理工程案例.5绿色隧道废水处理技术.5.1隧道废水概述.5.2隧道废水处理技术.5.3隧道废水处理工程案例.6绿色隧道作业噪声控制技术.6.1隧道作业噪声概述.6.2隧道作业噪声的来源与分析.6.3隧道作业噪声控制技术.7绿色隧道新型建筑材料.7.1隧道新型建筑材料概述.7.2新型锚杆.7.3新型混凝土材料.7.4新型防排水材料.7.5盾构隧道注浆材料.8隧道病害整治.8.1醒病害概述.8.2隧道病害整治技术.8.3隧道病害整治设备.9隧道#制造.10隧道建造“碳中和”参考文献第10章隧道制造中的信息技术.15G与隧道制造.1.1隧道网络解决方案.1.2人员设备监控方案.1.3超高清视频监控.2工业互联网与隧道制造.2.1工业互联网平台.2.2隧道制造智能应用.3数字孪生与隧道制造.3.1倾斜摄影.3.2隧道BIM漫游.3.3设备模拟.3.4三维点云应用.3.5AR辅助解决方案.4隧道智慧管养技术参考文献第11章岩体状态智能识别技术46.1围岩智能化识别与超前预测技术.1.1围岩完整性智能识别技术.1.2围岩等级实时智能化识别技术.1.3围岩等级超前预测.2基于D-S证据理论的多算法融合岩体感知模型.2.1基于岩-机相互作用模型的岩体力学条件识别.2.2基于人工智能方法的岩体力学条件识别.2.3多元算法融合的岩体力学条件识别.3基于渣片信息的岩体感知技术.3.1掌子面岩体条件与渣片颗粒级配映射规律.3.2渣片图像智能分割方法研究.3.3基于渣片信息的掌子面状态智能评价方法.4基于刀具监测数据反演的岩体感知技术.4.1刀盘状态监测系统.4.2刀具平均转速比.4.3基于刀具平均转速比的掌子面实时感知.5隧道声音识别系统的建立参考文献第12章掘进机智能控制技术.1TBM掘进智能控制技术研究现状.1.1TBM掘进载荷智能化预测技术.1.2TBM掘进速度智能化预测技术.1.3TBM掘进参数智能控制技术.2TBM掘进参数控制策略研究.2.1TBM掘进控制的特点.2.2TBM掘进参数智能控制策略研究现状..2.3TBM掘进参数复合智能控制策略50.3TBM掘进参数智能控制技术研究.3.1多模态神经网络控制模型.3.2TBM掘进参数适应性模糊综合评价52.3.3TBM掘进参数模糊仿人控制器.4TBM掘进参数复合智能控制系统.4.1TBM掘进参数复合智能控制系统架构.4.2TBM掘进参数复合智能控制系统性能分析.5TBM辅助智能化作业系统开发参考文献

（本文编辑：王芳）

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