机械一周解一惑系列：隧道工程机械行业梳理

本周关注：巨星科技、捷昌驱动、精测电子、赛腾股份、杰瑞股份 根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法可分为钻爆法、盾构法/掘进法。钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。盾构法是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。 隧道工程机械，可分为隧道通用机械和专用机械，前者如空气压缩机、混凝土搅拌机、水泵等，后者按施工工序又可分为：开挖机械、装运机械、喷锚机械和衬砌机械等。开挖机械根据工作原理分为隧道掘进机及凿岩机。隧洞掘进机采用刀具切割岩层，适用于中等硬度的岩石隧道，凿岩机采用钻眼爆破。 在软岩或土质隧道中，可采用盾构进行全断面开挖；分部开挖则使用风镐或凿岩机等风动工具。 2018-2022年，我国隧道施工机械行业市场规模呈现不断增长状态，由177.32亿元增长至252.66亿元，CAGR为9.26%，其中专用机械的增长是隧道施工机械市场最主要的发展驱动力。2018-2022年我国隧道施工专用机械市场规模由77.09亿元增长至133.36亿元，CAGR为14.68%，增速显著快于行业整体，而通用机械市场规模相对较为稳定，2018-2022年我国隧道施工通用机械市场规模由100.23亿元增长至119.3亿元，CAGR为4.45%。 行业成长驱动因素：铁路+公路+水利贡献基本盘，抽水蓄能+矿山打开应用新场景。铁路领域：根据交通运输部数据，截至2023年底，中国铁路营业里程达到15.9万km，其中,投入运营的铁路隧道18573座，总长23508km，新增开通运营线路铁路隧道622座，总长度为1292km，在建铁路隧道2668座，总长约7110 km，规划铁路隧道5460座，总长约13313km。公路领域：截至2023年末，全国公路里程为544.1万公里，同比增长1.61%，相较于2013年的435.62万公里有较大幅度的提升，CAGR为2.24%。水利工程领域：结合全国各省级行政区已披露水利投资计划，“十四五”期间全国水利投资规模将达5.1万亿元 ， 每年市场规模约10,000亿元左右， 较 “十三五 ” 期间增长42.46%。过江跨海隧道领域：2020年3月发布的《长江干线过江通道布局规划（2020-2035年）》，明确2025年前，重点推动实施79座过江通道。抽水蓄能：根据国家能源局，到2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到6200万千瓦以上。到2030年，要投产抽水蓄能总规模1.2亿千瓦左右，到2035年我国抽水蓄能总装机规模将达到3亿千瓦。矿山领域：2021年以来煤炭、金属等资源品价格持续上涨，促进下游扩产意愿持续提升，采矿业固定资产投资完成额持续增长，带动相关设备需求提升。 投资建议：建议关注隧道工程机械相关标的：铁建重工、中铁工业、五新隧装。 风险提示：1）基建项目投资落地不及预期的风险。2）行业政策发生变动的风险。3）行业竞争加剧的风险。 1隧道工程机械概况 1.1隧道施工可分为钻爆法、盾构法/掘进法 根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法可分为钻爆法、盾构法/掘进法。 钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。按掘进方式的不同，可分为： a）全断面钻爆，对开挖断面进行一次钻孔破、开挖成形，在隧洞高度较大时，也可分为上下两部分，形成台阶，同步爆破，并行掘进。 b）导洞法，先开挖断面的一部分作为导洞，再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大，由于地质条件或施工条件，采用全断面开挖有困难时，以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大，以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面，有利于探明隧洞的地质和水文地质情况，并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件，确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后，扩挖可以在导洞全长挖完之后进行，也可以和导洞开挖平行作业。 c）分部开挖法，在围岩稳定性较差，一般需要支护的情况下，开挖大断面的隧洞时，可先开挖一部分断面，及时做好支护，然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞，通常从第一序钻孔开始，经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序，到开始第二序钻孔，作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间，以加快掘进速度。 盾构法是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。 传统钻爆法存在机械化程度低、作业环境差、安全风险大、施工效率低等问题。相同条件下，TBM具有快速、安全、经济、利于环境保护和劳动力保护等优点，不仅能大幅提升工程的安全性和实体质量，还可缩短工程工期，实现“机械化换人，自动化提效”。 表1：钻爆法与掘进法对比 1.2隧道工程机械，可分为隧道通用机械和专用机械 隧道工程机械，可分为隧道通用机械和专用机械，前者如空气压缩机、混凝土搅拌机、水泵等，后者按施工工序又可分为：开挖机械、装运机械、喷锚机械和衬砌机械等。 开挖机械根据工作原理分为隧道掘进机及凿岩机。隧洞掘进机采用刀具切割岩层，适用于中等硬度的岩石隧道，凿岩机采用钻眼爆破。在软岩或土质隧道中，可采用盾构进行全断面开挖；分部开挖则使用风镐或凿岩机等风动工具。 运输机械完成的工序包括装、运两部分。装运机械将工作面上堆积的土石装载在运输机具内运出洞外。运输机具又可分为有轨运输和无轨运输两类。 采用隧洞掘进机或盾构进行开挖时，该类机械自身备有装碴设备。若采用凿岩台车或凿岩机、风镐进行开挖，需配备专用装碴机械，其性能、容量和效率应与运输工具配套。有轨运输多采用矿山机车牵引的梭式矿车、槽式列车或普通斗车；无轨运输则采用自卸式汽车或带式输送机。隧道及地下工程中采用喷锚支护时，所用机械有：为设置锚杆进行钻孔，可用普通凿岩机或专用凿岩机；采用砂浆锚杆时，可用通用灌浆机；喷射混凝土作业须使用专用的混凝土喷射机和混凝土喷射机械手。衬砌机械是指进行现场灌筑整体混凝土衬砌需用的衬砌模板台车，它由可走行的框架制成，用以支撑模板，也可用作灌筑时的工作台。在混凝土达到规定龄期后，将模板收缩并离开灌筑地点，台车推向前进，进行下一工作段的模板安置工作。混凝土材料的制备和运输采用通用机械。灌筑混凝土用通用的混凝土泵和混凝土振捣器。 隧道施工通风多采用轴流式通风机。它具有风压不高而供风量大的特点，符合隧道施工通风的要求。在有瓦斯地段，除加强通风外，应采用防爆型机械施工。 隧道施工中的辅助工作，如供应压缩空气、排水、供电等均采用通用机械。 隧道工程如采用沉井法（见地下工程沉井法施工）、顶管法或沉管法等特殊施工方法，均应配备有关的专用机械设备。 1.3隧道工程机械市场空间稳步增长，专用机械贡献主要增量 近年来，我国经济的快速发展，工业化和城镇化的不断推进以及基础设施建设的持续投入，刺激我国隧道施工需求的不断增长，使我国隧道施工机械行业得到快速发展。据观研报告网数据显示，2018-2022年，我国隧道施工机械行业市场规模呈现不断增长状态，由177.32亿元增长至252.66亿元，CAGR为9.26%。 其中专用机械的增长是隧道施工机械市场最主要的发展驱动力。2018-2022年我国隧道施工专用机械市场规模由77.09亿元增长至133.36亿元，CAGR为14.68%，增速显著快于行业整体，而通用机械市场规模相对较为稳定，2018-2022年我国隧道施工通用机械市场规模由100.23亿元增长至119.3亿元，CAGR为4.45%。 图1：2018-2022年我国隧道施工机械市场规模（亿元） 图2：2018-2022年我国隧道施工专用机械市场规模（亿元） 图3：2018-2022年我国隧道施工通用机械市场规模（亿元） 隧道工程机械制造业上游主要原材料包括液压件及其辅件、汽车底盘、钢材、钢结构件及机械件等，下游应用领域主要是铁路、公路、水利水电、市政工程等基础设施建设的隧道（隧洞）施工环节。 图4：隧道施工装备产业链 2行业成长驱动因素：铁路+公路+水利贡献基本盘，抽水蓄能+矿山打开应用新场景 隧道施工装备行业的下游需求主要来自于铁路、公路、水利水电、市政工程等基础设施建设。目前，国家正大力拓展基础设施建设空间，提升基础设施现代化水平，加强对铁路、公路、水利水电、市政工程等基础设施建设投资力度。同时，随着国家对环境保护、工程质量、职业健康等要求越来越高，对施工环境相对恶劣的隧道施工而言，具有明显的行业拉动作用。 2.1铁路+公路+水利需求稳步增长 铁路投资计划性强，完成度高，“十四五”后期投资额有望回补。“十三五”期间，全国铁路固定资产投资额共计39901亿元，年均完成投资额7980亿元。 2021-2022年受公共卫生事件影响，轨交客运量下滑，铁路固定资产投资额中枢较“十三五”有所下移，全国铁路固定资产投资额分别为7489亿、7109亿元，2023年随着短期扰动因素影响淡去，全国铁路固定资产投资额有所回补，全年实现7645亿元。根据国铁集团，结合在建和拟建项目安排，预计“十四五”全国铁路固定资产投资总规模与“十三五”总体相当，继续保持平稳态势，考虑到2021-2023年全国铁路固定资产投资完成额为22243亿元，我们预计2024-2025年全国铁路年均固定资产投资额有望超8000亿元。 2024-2025年铁路新增里程有望维持，2026-2030年铁路新增里程中枢上移。根据国家《“十四五”铁路发展规划》，预计2025年底全国铁路营业里程将达16.5万公里左右，其中高速铁路（含部分城际铁路）5万公里左右，截至2023年，全国铁路运营里程达15.9万公里，其中高速铁路达4.5万公里，参考“十四五规划”预计2024-2025年全国铁路年均新增里程3000公里，其中高铁2500公里。2026-2030年铁路/高铁新增里程中枢有望上移。根据处于修编过程中的《中长期铁路网规划（2035年）》，2030年全国实现铁路运营里程18.5万公里，其中高铁6万公里，对应“十五五”年均新增铁路4000公里，铁路投资中枢有望上移。 图6：2010-2023年我国铁路/高铁运营里程数（万公里） 图5：2015-2023年铁路固定资产投资完成额（亿元） 铁路隧道数量随着铁路建设发展持续上升。根据交通运输部数据，截至2023年底，中国铁路营业里程达到15. 9万km，其中,投入运营的铁路隧道18 573座，总长23508 km，新增开通运营线路铁路隧道622座，总长度为1292 km，在建铁路隧道2668座,总长约7110 km，规划铁路隧道5460座,总长约13313 km。 表2：铁路相关隧道需求情况 公路领域：根据交通运输部数据，截至2023年末，全国公路里程为544.1万公里，同比增长1.61%，相较于2013年的435.62万公里有较大幅度的提升，CAGR为2.24%。 图7：2013-2023年中国公路里程 水利工程领域：结合全国各省级行政区已披露水利投资计划，“十四五”期间全国水利投资规模将达5.1万亿元，每年市场规模约10