国家高技术(863)“Ф6.34m土压平衡盾构”研究发展计划背景
盾构是我国软土隧道施工中一种重要地下施工装备，随着我国软土盾构法隧道施工技术的提高，国内盾构市场需求量的激增，开发具有自主品牌的国产盾构成为隧道行业的发展趋势。但长期以来，由于我国制造业、电子产业基础较为薄弱，造成盾构法施工装备几乎全部依赖进口，其中德国和日本多家公司的盾构在中国市场的占有率达到了90%以上。2002年，国家科技部将盾构国产化列入国家“863计划”，上海（隧道股份）凭借40余年的软土盾构法隧道施工技术与盾构制造的经验，获得关于开发国产化盾构的一系列项目。
采用产学研优化组合，进行盾构设计制造
2002年7月，上海“先进制造与自动化技术”领域启动“Ф6.34m土压平衡盾构和Ф6.20m复合型土压平衡盾构”国家高技术研究发展计划（863计划），采用产学研优化组合，进行盾构设计制造，并应用于地铁隧道工程，摸索适合我国典型地层条件的盾构设计、制造和施工标准，2005年4月通过验收。2003年3月，上海863计划全面展开“盾构隧道掘进施工辅助系统和导向技术研究及应用”研究，进行了盾构施工轴线测量技术、盾构施工姿态导向技术、地铁盾构盾尾密封系统和盾尾密封油脂的研制、地铁盾构注浆材料及同步注浆压送工艺技术、地铁土压盾构渣土连续运输系统、改良渣土可排性的泡沫剂等的设计与工程试验。
经过两年攻关 研制出首台具有多项专利权的地铁盾构
2003年，上海隧道工程股份有限公司经过两年技术攻关，终于研制出首台具有多项专利权的地铁盾构——“先行号”盾构。该盾构外径Φ6.34m；最大总推力达35200kN；推进速度达6cm/min。它的设计原则是：追求产品的高可靠性、适用性、可维护性和长寿命，并对其六大系统进行了技术创新：①切削刀盘驱动系统：主关零部件均采用世界上最好的配套元件，保证了盾构推进较高的可靠性和稳定性，运转寿命可达1万小时以上；②推进系统：采用了设计独特的油缸推进结构，改善了管片的受力状况，其油缸伸缩速度可以根据施工状况，实施分区控制，无级调速，大大提高了工作效率；③拼装系统：采用了隧道股份专利技术的遥控拼装机技术，改善了作业人员的工作强度；④同步注浆控制系统：运用了隧道股份自行研制的柱塞式泥浆泵，由此组成的注浆控制系统达到了国际同类产品的技术水平；⑤盾尾密封系统：使用了隧道股份自行研究的盾尾密封装置和油脂分配器。加上选用美国生产的优质盾尾油脂泵，成为该系统的国际一流组合；⑥自动控制系统：盾构的指挥中心本身就是一个PLC自动控制系统，选用了目前国际上最先进的Q系列PLC组成的自动控制系统，它有一个主站、三个从站。采用CC-LINK通信网络。这样的PLC自动控制系统将刀盘泵星三角顺序启动程序分散到从站，即使通信发生故障，刀盘泵还能启动。
“先行号”盾构下线应用于上海地铁2号线古北路～中山公园站区间
2004年9月，“先行号”盾构样机正式下线。“先行号”盾构是我国第一台具有自主知识产权，并达到国际水平的地铁隧道盾构掘进机。结合软土地区的地层条件，科研人员分别在刀盘驱动系统、推进系统、管片拼装系统、加泥加水系统、盾尾密封系统和电气监控系统等方面进行了创新，实现了产品的高可靠性、适用性、可维护性和长寿命。2004年10月，“先行号”国产盾构机应用于上海轨道交通2号线西延伸段古北路站～中山公园站区间隧道工程上行线施工，并于2005年6月完成了首次掘进，创造了国内地铁盾构日推进38.4m最快纪录（当时进口盾构最快单日推进速度31.2m），而最快单月掘进速度达到了566.4m（当时进口盾构最快单月推进速度为531m）。
创造盾构穿越构筑物沉降控制新纪录
由于国产盾构具备完善的PLC自动控制系统、数据采集系统及推进系统，为盾构在易产生流变的薄弱地层中顺利穿越人防通道、管线、明珠线一期中山公园车站的轻轨高架桥墩(隧道离最近的承台桩基只有3.9m)和净距1.4m的一道箱涵(4200mm×3700mm)提供了保障，并创造了盾构穿越构筑物沉降控制新纪录。首台国产地铁盾构区间隧道的顺利贯通，填补了我国盾构施工地铁区间隧道的空白。