“陽(yáng)明號(hào)”類矩形盾構(gòu)機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)。
2015年11月，慶?！瓣?yáng)明號(hào)”勝利始發(fā)。
軌道交通列車進(jìn)站。
“具有較好的實(shí)操性和可推廣性?！鼻叭?，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)在寧波舉行“類矩形盾構(gòu)法隧道裝備、設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)及推廣應(yīng)用”科技成果評(píng)價(jià)會(huì)，何滿潮、劉加平、周創(chuàng)兵等“兩院”院士和數(shù)十位國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者，對(duì)該技術(shù)展開(kāi)成果評(píng)價(jià)。
十年沉淀，成就今天。
2015年，作為我國(guó)首臺(tái)自主研發(fā)、世界上最大斷面類矩形盾構(gòu)機(jī)，“陽(yáng)明號(hào)”在寧波一經(jīng)問(wèn)世就引發(fā)極大關(guān)注。
一組數(shù)字，記錄十年歷程，刻印進(jìn)步足跡——
“陽(yáng)明號(hào)”從無(wú)到有、從有到優(yōu)，從優(yōu)到強(qiáng)，經(jīng)過(guò)6次迭代升級(jí)，技術(shù)功效達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，破解了城市核心區(qū)和舊城區(qū)“放不下”“碰不得”難題；
“陽(yáng)明號(hào)”在寧波誕生，之后去杭州、赴鄭州，自如“游”走在不同地質(zhì)條件的應(yīng)用場(chǎng)景，至今已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)10條地鐵線路，在更大范圍內(nèi)向“難”掘進(jìn)；
“陽(yáng)明號(hào)”科技創(chuàng)新碩果累累，獲批42項(xiàng)發(fā)明及實(shí)用新型專利、5項(xiàng)軟件著作權(quán)，發(fā)表相關(guān)論文130余篇。
一個(gè)新構(gòu)想
“雙線一次成型，能不能做到？”
寧波軌道交通4號(hào)線，起于江北慈城，穿過(guò)海曙老城區(qū)，止于東錢湖。正是這條地鐵線催生了類矩形盾構(gòu)機(jī)。
“4號(hào)線部分區(qū)間隧道位于老城區(qū)狹窄道路下方，道路寬度僅14米，且交通繁忙、兩側(cè)民房密集，用傳統(tǒng)的兩條圓形隧道盾構(gòu)施工，隧道施工影響寬度將達(dá)24米，安全風(fēng)險(xiǎn)大，需要大量拆遷?！睂幉ㄊ熊壍澜煌瘓F(tuán)建設(shè)分公司副總經(jīng)理黃毅說(shuō)。
其實(shí)，受困的又何止軌道交通4號(hào)線。隨著城市快速發(fā)展，核心區(qū)和舊城區(qū)地下可利用空間越來(lái)越少，地下空間開(kāi)發(fā)面臨著“放不下”“碰不得”等難點(diǎn)、痛點(diǎn)。
“放不下”——城市地下空間涵蓋了地鐵、隧道、管廊等，空間資源有限，加之老城區(qū)道路狹窄，無(wú)法適應(yīng)傳統(tǒng)盾構(gòu)施工要求。所以，運(yùn)用“節(jié)約型”開(kāi)發(fā)方式迫在眉睫。
“碰不得”——城市核心區(qū)和舊城區(qū)內(nèi)居民區(qū)密集，“開(kāi)膛破肚”式大拆大建問(wèn)題突出，運(yùn)用“微創(chuàng)手術(shù)”式開(kāi)發(fā)手段勢(shì)在必行。
如何“螺螄殼里做道場(chǎng)”？
“把兩個(gè)盾構(gòu)隧道合并到一起，雙線一次成型，能不能做到？”2014年夏天，寧波市軌道交通集團(tuán)提出前瞻性設(shè)想，希望把解決一個(gè)問(wèn)題，變?yōu)槠平庖活悊?wèn)題，從而破解老城區(qū)、核心區(qū)小空間施工難題。
當(dāng)時(shí)，負(fù)責(zé)施工的上海隧道工程有限公司給出方案：采用雙圓盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。此前，雙圓盾構(gòu)機(jī)曾成功掘進(jìn)上海地鐵6號(hào)線、8號(hào)線。
然而，一星期后，這個(gè)方案被推翻了。寧波市軌道交通集團(tuán)深入調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，雙圓盾構(gòu)機(jī)在日本曾經(jīng)用過(guò)，但實(shí)際效果一般，故后來(lái)就沒(méi)再用了。
“我們要用最先進(jìn)的”。于是，類矩形盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入了大家的視野。
與傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)機(jī)相比，這種似圓而方的類矩形盾構(gòu)機(jī)，空間利用率高、占用地下空間少、對(duì)周邊土壤擾動(dòng)少，可以緩解人流密集城區(qū)地下空間建設(shè)的“老大難”問(wèn)題。
一個(gè)聯(lián)合體
首創(chuàng)科研、設(shè)計(jì)、施工一體化招標(biāo)模式
盾構(gòu)機(jī)，是目前世界上最先進(jìn)的隧道掘進(jìn)裝備，被譽(yù)為“工程機(jī)械之王”，其技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家地下施工裝備制造水平的重要標(biāo)志。當(dāng)時(shí)，類矩形盾構(gòu)機(jī)在國(guó)內(nèi)尚屬空白。日本雖有該產(chǎn)品，卻對(duì)中國(guó)禁售，且核心技術(shù)處于封鎖狀態(tài)。
“不賣給我們，那就自己搞。”創(chuàng)新，從來(lái)都是“九死一生”，尤其是類矩形盾構(gòu)機(jī)這種高端設(shè)備，技術(shù)極其復(fù)雜，要求極高。一旦失敗了，怎么辦？
重大科技創(chuàng)新，首先是理念、模式、制度的創(chuàng)新。作為第一個(gè)“吃螃蟹”的，寧波市軌道交通集團(tuán)以巨大的勇氣和擔(dān)當(dāng)，作出一系列創(chuàng)新之舉——
2015年初，經(jīng)過(guò)大量調(diào)研和半年籌劃，寧波市軌道交通集團(tuán)開(kāi)出一個(gè)非常獨(dú)特的“標(biāo)”，在全國(guó)開(kāi)創(chuàng)先河?！疤亍本汀疤亍痹诖舜握袠?biāo)不只是招某一家單位，而是首創(chuàng)科研、設(shè)計(jì)、施工一體化招標(biāo)模式。
“在業(yè)主單位牽頭下，整合各方資源，實(shí)現(xiàn)從裝備研發(fā)入手，打破設(shè)計(jì)、施工、裝備制造之間的行業(yè)隔閡，從而推動(dòng)我國(guó)地下工程技術(shù)邁向領(lǐng)先地位?！鄙虾Ｋ淼拦こ逃邢薰居嘘P(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)。
投入巨大研發(fā)經(jīng)費(fèi)，購(gòu)買重大技術(shù)裝備保險(xiǎn)，享受技術(shù)市外推廣受益權(quán)……在“風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、利益共享”原則下，科研、設(shè)計(jì)、施工三方埋頭搞研發(fā)，攻克“圓”改“矩”的難關(guān)。在解決刀盤切削、盾構(gòu)轉(zhuǎn)身、管片拼裝等一系列難題之后，第一臺(tái)自主研發(fā)的類矩形盾構(gòu)機(jī)僅用8個(gè)月時(shí)間就順利下線。
“在沒(méi)有先例可參考的條件下，從開(kāi)始研發(fā)到產(chǎn)品下線，8個(gè)月就造出一個(gè)新盾構(gòu)機(jī)，這在盾構(gòu)機(jī)建造史上是絕無(wú)僅有的?！秉S毅感慨道。
上海隧道工程有限公司總工程師朱雁飛認(rèn)為，8個(gè)月研發(fā)一臺(tái)新的盾構(gòu)機(jī)，意味著“我們終于找到了一條路——科研、設(shè)計(jì)、施工一體化模式”。
一臺(tái)新機(jī)器
“國(guó)內(nèi)自主研發(fā)”“世界最大斷面”
“斷面寬11.83米，高7.27米；機(jī)器重720噸，長(zhǎng)68米。”2015年11月30日，寧波軌道交通3號(hào)線一期工程現(xiàn)場(chǎng)，這臺(tái)國(guó)內(nèi)自主研發(fā)、世界最大斷面的類矩形盾構(gòu)機(jī)一經(jīng)亮相，就驚艷四方。
這臺(tái)“方腦袋”盾構(gòu)機(jī)，頭部“一橫一豎”裝有兩個(gè)“X”形刀盤，后方還有一個(gè)“I”形刀盤，讓人眼睛一亮。
一系列“首創(chuàng)”實(shí)現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先——
刀盤系統(tǒng)，首創(chuàng)“雙X同面+偏心多軸”模式，可100%精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)斷面切削，邊邊角角都能“照顧”到。
拼裝系統(tǒng)，首創(chuàng)串聯(lián)環(huán)臂式，適應(yīng)在狹窄和多局限空間完成管片和中立柱拼裝，突破現(xiàn)有平裝機(jī)在這一領(lǐng)域的作業(yè)瓶頸。
鉸鏈密封系統(tǒng)，首創(chuàng)施工同步可更換壓密量可調(diào)模式，大幅提高隧道工程密封質(zhì)量安全性及效率?！霸趹?yīng)用上，適用道路狹窄、建筑密集的淺層地下空間開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)‘微創(chuàng)手術(shù)’式掘進(jìn)；在操控感覺(jué)上相當(dāng)于從手動(dòng)擋升級(jí)為自動(dòng)擋，更精準(zhǔn)智能。”上海隧道工程有限公司SG6113標(biāo)項(xiàng)目部盾構(gòu)經(jīng)理、曾操作過(guò)多款盾構(gòu)機(jī)的紀(jì)慶幸說(shuō)。
從3號(hào)線試驗(yàn)段起步，“陽(yáng)明號(hào)”開(kāi)啟“全城挖”模式，同時(shí)不斷升級(jí)優(yōu)化，持續(xù)推出“新版本”。
2016年11月，3號(hào)線陳婆渡段，第一條類矩形盾構(gòu)隧道貫通；2017年6月，進(jìn)入4號(hào)線，正式在老城區(qū)狹窄道路下、密集居民區(qū)旁，連續(xù)進(jìn)行S形曲線施工；2017年10月，在4號(hào)線東錢湖段，首次實(shí)現(xiàn)淺覆土施工，在距地面僅2.5米的地下成功接收；2018年4月，4號(hào)線東錢湖段，無(wú)立柱襯砌試驗(yàn)一舉成功；2021年6月，首次完成類矩形頂管/盾構(gòu)模式轉(zhuǎn)換……
從整體刀盤系統(tǒng)，到出土系統(tǒng)，再到頂/盾一體施工技術(shù)，10年來(lái)，“陽(yáng)明號(hào)”在不同地質(zhì)條件、不同場(chǎng)景中被成功應(yīng)用，并不斷優(yōu)化提升，從“陽(yáng)明號(hào)V1.0”迭代升級(jí)至“陽(yáng)明號(hào)V6.0”，每日推進(jìn)工效從日均3.5環(huán)提升至日均10環(huán)，最高達(dá)13環(huán)，技術(shù)水平持續(xù)提升。
一堆新成果
5項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)
2019年9月，上海，第21屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)?！瓣?yáng)明號(hào)”全斷面切削類矩形盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)脫穎而出，榮獲“中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)大獎(jiǎng)”。
“盾構(gòu)機(jī)很多，全世界有一兩千臺(tái)，但絕大多數(shù)是圓形的。根據(jù)我們掌握的數(shù)據(jù)，非圓形盾構(gòu)機(jī)全世界有21臺(tái)，其中4臺(tái)在中國(guó)?！痹诋?dāng)年的新聞通氣會(huì)上，朱雁飛曾自豪滿滿地介紹，“而類矩形盾構(gòu)機(jī)僅有兩臺(tái)，都是我們的。”
大約兩個(gè)月后，這臺(tái)特殊的“鋼鐵穿山甲”就開(kāi)進(jìn)了杭州?！芭聿赫尽魍谵D(zhuǎn)換井是杭州地鐵4號(hào)線攻堅(jiān)段，地質(zhì)條件復(fù)雜，在復(fù)雜地層中，要跨過(guò)既有運(yùn)營(yíng)線路和穿過(guò)河流，且面臨小半徑曲線施工等難題，工程施工面臨不小的挑戰(zhàn)。”上海隧道工程有限公司有關(guān)人員介紹，最終“陽(yáng)明號(hào)”不辱使命，在杭州黏土層中順利推進(jìn)，最快達(dá)到每日6環(huán)，體現(xiàn)了類矩形盾構(gòu)機(jī)的超強(qiáng)地層適應(yīng)性。
一年多后，杭州地鐵首條類矩形盾構(gòu)隧道順利貫通，“陽(yáng)明號(hào)”在杭州“首秀”獲得成功。
2022年，繼杭州后，“陽(yáng)明號(hào)”又遠(yuǎn)赴鄭州，首次在全斷面砂性地層施工，成功下穿眾多市政管線，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離水平側(cè)穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道。
“陽(yáng)明號(hào)”類矩形盾構(gòu)機(jī)下線以來(lái)，已成功應(yīng)用于寧波軌道交通3號(hào)線、4號(hào)線、5號(hào)線一期、6號(hào)線一期、7號(hào)線、8號(hào)線，以及鄭州地鐵8號(hào)線、杭州地鐵4號(hào)線、杭州地鐵9號(hào)線等工程中。
不僅如此，經(jīng)過(guò)10年的研發(fā)應(yīng)用，類矩形盾構(gòu)技術(shù)還取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果：獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)5項(xiàng)；獲批發(fā)明及實(shí)用新型專利42項(xiàng)、軟件著作權(quán)5項(xiàng)；發(fā)表相關(guān)論文130余篇，其中SCI、EI收錄41篇……
“10年，只是一個(gè)階段，并非終點(diǎn)。”黃毅說(shuō)，“我們將放眼未來(lái)，以永不停歇的精神，持續(xù)開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新、更新迭代，推動(dòng)‘陽(yáng)明號(hào)’類矩形盾構(gòu)機(jī)保持國(guó)際領(lǐng)先地位，為破解地鐵施工難題貢獻(xiàn)寧波力量?！?/p>
