2015年元旦前夕，一條喜訊從海外傳來：中鐵隧道集團成功承攬新加坡T221地下通道矩形盾構(gòu)項目
施工任務，開啟了中鐵隧道集團盾構(gòu)技術(shù)走向海外中高端市場的新時代。
作為中國隧道和地下工程領域的最大施工承包商，中鐵隧道集團一直是我國盾構(gòu)技術(shù)的引領者?！皬?997年引進國外第一臺TBM（隧道
掘進機）起，十幾年來，中鐵隧道集團通過引進、消化、吸收、改造和創(chuàng)新，多次成功地把盾構(gòu)技術(shù)應用于大型隧道建設?！敝需F隧道集團總工程師洪開榮介紹說。
如今，中鐵隧道集團駕馭盾構(gòu)穿江越洋，引領盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展邁入新時代。
創(chuàng)新驅(qū)動
中國盾構(gòu)挺進世界前列
中國人接觸和認識盾構(gòu)機，始于1965年。但之后的幾十年間，研發(fā)制造工作一直步履維艱，進展緩慢。近年來，國內(nèi)雖然有10多家企業(yè)從事盾構(gòu)機的研發(fā)、制造，但這些企業(yè)大多數(shù)產(chǎn)品依靠進口組裝?？缛胄率兰o，我國隧道建設的速度發(fā)展迅猛，在國際上已被稱為“隧道大國”，但在隧道工程施工中廣為使用的大型設備方面，中國企業(yè)仍自主“造血”不足。
上世紀90年代初，中鐵隧道集團科研人員把最原始最簡單的設計圖紙當作教材，把盾構(gòu)機施工現(xiàn)場當作課堂，就這樣開始了盾構(gòu)技術(shù)的研發(fā)。
彼時，國家“九五”重點工程西康鐵路上馬。其中，秦嶺隧道全長18.46公里，是全線的咽喉工程，地質(zhì)條件復雜，長度在當時國內(nèi)的隧道施工中位列第一。為解決工程難題，鐵道部花巨資從德國維爾特公司購進了兩臺敞開式全斷面硬巖掘進機。中鐵隧道集團的建設者和科研人員抓住這一難得的機會，在學習中施工，在施工中學習，不但保證了秦嶺特長隧道的提前貫通，而且把這套掘進機的原理、性能和構(gòu)造，摸得清清楚楚。
作為國內(nèi)隧道與地下工程領域施工的“國家隊”，中鐵隧道集團堅持科技興企，先后承擔了關(guān)于盾構(gòu)方面的“863”、“973”重要課題，盾構(gòu)技術(shù)自主研發(fā)能力持續(xù)提升?？偣こ處熀殚_榮是這一過程的親歷者。他說：“集團公司不斷壯大盾構(gòu)裝備實力，組織內(nèi)部培訓，推進校企合作，開展內(nèi)外部交流，積極研究探索盾構(gòu)施工最前沿技術(shù)，推進盾構(gòu)施工水平躍升，保持盾構(gòu)技術(shù)行業(yè)的核心競爭優(yōu)勢。”
2001年，科技部將土壓平衡盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研制列入“863”計劃自動化領域機器人科研課題，決定在較短時間內(nèi)完成盾構(gòu)機自主設計，拉開我國盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的序幕。
重任，落在了中鐵隧道集團的肩上。2002年，中鐵隧道集團成功入圍國家863計劃。 研發(fā)團隊發(fā)揚敢啃硬骨頭的精神，對國外的盾構(gòu)技術(shù)進行深入研究和分析，根據(jù)我國的地質(zhì)特點，堅持施工實踐和實驗室研發(fā)相結(jié)合，攻克了刀盤刀具與地層適應性技術(shù)、沉降精確控制技術(shù)、泥水處理達標排放技術(shù)和壓縮空氣條件下動火修復刀盤刀具技術(shù)，構(gòu)建起擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系。這“四大技術(shù)”恰似一條“流水線”，破解了泥水盾構(gòu)在不同地層條件下“掘得動”、“穩(wěn)得住”、“排得走”、“修得好”的技術(shù)難題。
2013年1月18日，由中鐵隧道集團等單位完成的“盾構(gòu)裝備自主設計制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”榮獲2012年度國家科技進步一等獎。
穿江越洋
開啟盾構(gòu)施工技術(shù)新篇章
人類居住的地球千百萬年來發(fā)生過無數(shù)次滄海桑田的變化，數(shù)不清的奧秘隱藏在地殼之中，粘土層、泥沙層、石灰?guī)r、花崗巖、流沙、暗河、卵礫、孤石……撲朔迷離的地質(zhì)構(gòu)造為需要穿越江河的隧道施工設置了一道道障礙。中鐵隧道集團的建設者運用自己的智慧，戰(zhàn)勝了一個個困難，破解了一道道難題，創(chuàng)造出一個個獨具特色的盾構(gòu)施工佳績。
長江第一隧，攻堅克難題。被譽為“萬里長江第一隧”的武漢長江隧道全長3630米，雙洞雙向四車道。中鐵隧道集團在建設這條穿越長江的交通大動脈時，遇到了許多意想不到的困難。
武漢地質(zhì)條件復雜，有粘土、粉土、粉細砂、卵石，還有巖層。上軟下硬的地層，是隧道挖掘的“強敵”。在這種地質(zhì)條件下，搞大斷面施工將面臨5個世界級的技術(shù)難題：一是掘進姿態(tài)難以控制，盾構(gòu)機穿越軟硬不均的地質(zhì)時極容易走偏；二是高水壓，隧道從水面到底部深57米，江水的壓力極大，防止隧道透水是最大難點；三是超淺埋，部分地段盾構(gòu)機離地面只有5米至6米，要想不“驚動”地面建筑實現(xiàn)穿越長江大堤，施工難度極大；四是強透水，隧道兩岸大部分為粉細砂地層，一旦透水，后果不堪設想；五是長距離掘進，由于地質(zhì)變化大，盾構(gòu)機要盡可能一次穿越2500多米。
中鐵隧道集團的建設者們“克敵制勝”的法寶，就是強大的技術(shù)支持和信息化管理。比如采用激光自動導向系統(tǒng)，配合人工測量，保持盾構(gòu)機一絲一毫不偏向；創(chuàng)造性地采用“氣墊式泥水平衡技術(shù)”，減小盾構(gòu)機掘進時的波動，把水土沉降控制在3厘米以內(nèi)。
2007年5月，被列入“863”計劃的“高抗?jié)B長壽命大管徑隧道管片材料結(jié)構(gòu)設計與工程應用”課題，通過科技部驗收。這種隧道管片，是專門為武漢長江隧道而研制的，目標使用年限為100年，從而確保長江隧道的壽命。
總工程師洪開榮認為，武漢長江隧道在科研技術(shù)及信息化施工方面，有眾多革新，標志著我國穿越江河湖海隧道技術(shù)接近世界先進水平，起到了非常有價值的示范作用。
廈門連翔安，一隧過天塹。廈門翔安海底隧道全長8.695千米，其中海底隧道長6.05千米，跨越海域?qū)捈s4.2千米，是我國大陸地區(qū)第一條海底隧道。
2005年9月，中鐵隧道集團的建設者進入廈門翔安海底隧道施工現(xiàn)場。工程剛開始，就遇到了全強風化軟弱地層大斷面超淺埋暗挖施工這一大難題。翔安隧道是特殊的三孔設計，開挖寬度達到了17.5米，隧道兩端的陸地段，全是風化后形成的爛泥，無法形成洞口。用鋼拱架撐上去，沉重的全強風化層壓下來，使鋼支架沉降度超過技術(shù)許可的20厘米，達到50厘米~60厘米。
中鐵隧道集團建設者們創(chuàng)造性地采用CRD工法和雙側(cè)壁導坑法進行施工，把大斷面分解成3~5個小斷面，依次進行挖掘和支護，土層的壓力得到了巧妙的分解，施工得以順利推進。該工程創(chuàng)造了在同等條件下全國最快的掘進紀錄。
翔安隧道開挖中遇到了最大的攔路虎—全強風化深槽。風化深槽如同與海水連通的爛泥，是海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)中極為復雜的現(xiàn)象。隧道要從這些嵌入巖層的爛泥中穿過去，稍有不慎海水就會擠進狹窄的隧道工地，工程就有可能全部報廢。
工程技術(shù)人員通過試驗和反復論證，終于設計出一種全斷面帷幕注漿新技術(shù)。這種技術(shù)是把一種新型快干復合水泥攪拌成漿，在開挖斷面的四周鉆孔注漿，使風化槽中的爛泥、碎石與巖石凝結(jié)成水泥塊，從而形成5米厚的堵水加固墻，阻止海水的涌入。當技術(shù)參數(shù)達到要求時，施工人員再取出泥塊，用加固圈對隧道進行初步的開挖支護，使變形嚴格控制在3厘米~6厘米以內(nèi)，以此形成隧道的雛形。翔安隧道在施工中突破了多項世界級的難題，取得了30多項科研成果，為全面開展海底隧道施工提供了寶貴的經(jīng)驗。
穿越獅子洋，樹“世紀”標桿。廣深港高鐵的控制性工程獅子洋隧道，是目前中國大陸最長、標準最高的盾構(gòu)隧道，也是中國投入建設的首條鐵路水下隧道，全長10.8公里，設計時速350公里，最大水深26.6米。無論是長度、直徑還是時速目標值，獅子洋隧道均可比肩英法海峽隧道、東京灣海底隧道、丹麥瑞典海底隧道等世界級海底隧道，被譽為“中國鐵路世紀隧道”。中鐵隧道集團承建這條“世紀隧道”吸引著國內(nèi)外同行的目光。
2007年11月9日，隨著“跨越號”盾構(gòu)始發(fā)成功，獅子洋隧道進入關(guān)鍵性盾構(gòu)施工階段。水深使隧道施工難度特別大；隧道通過地層多處為斷裂帶和風化深槽，容易對刀盤造成磨損；盾構(gòu)機在弱風化基巖中掘進近3000米，施工中需要江底帶壓進倉檢查和更換刀具，這些都是世界級的難題。
中鐵隧道集團訂下戰(zhàn)略目標：構(gòu)建世紀工程，打造世界品牌。建設者們采用4臺具有國際先進水平的直徑11.18米的大斷面泥水盾構(gòu)進行施工，并在國內(nèi)首次采取“相向施工、地中對接、洞內(nèi)解體”的方式掘進。
總工程師洪開榮任項目經(jīng)理，把精細管理、信息管理和文化管理相互滲透融合，制定了一系列成本控制、工序銜接制度，將責任具體到每一道工序，每一個人，實施全過程控制，走出一條現(xiàn)代項目管理的新路子。
2010年12月和2011年3月，獅子洋隧道左線和右線分別實現(xiàn)貫通。
通過獅子洋隧道建設施工的錘煉，中鐵隧道集團建設者熟練掌握了盾構(gòu)掘進最優(yōu)的施工參數(shù)、沉降控制措施及泥水盾構(gòu)過海技術(shù)，實現(xiàn)了在海底復雜地質(zhì)的快速掘進，同時還提升了盾構(gòu)機拆卸、組裝的自主化技術(shù)能力。此外，因其卓越的管理水平，在第23屆項目管理全球大會上，獅子洋隧道被授予銀獎殊榮。
近年來，中鐵隧道集團采用盾構(gòu)法施工的海底隧道還有深圳前灣綜合過海管廊工程、青島膠州灣海底隧道等。在開展海底隧道建設中，建設者們攻克了盾構(gòu)掘進面失穩(wěn)、關(guān)鍵部件失效、掘進方向失準等國際公認的三大世界難題，成為世界海底隧道盾構(gòu)法施工規(guī)則的制訂者，他們主編完成的《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》等已成為國家標準。
海底通途
編織明天更美好的交通夢
正在施工的南昌市重點工程紅谷隧道，全長2650米，其中沉管段全長1329米，共12節(jié)管段，是目前國內(nèi)內(nèi)河在建規(guī)模最大的沉管隧道。
紅谷隧道所用沉管每節(jié)長115米、寬30米、高8.3米，外形巨大，對混凝土防滲抗裂要求極高，制作過程中必須嚴格把控溫度，沉管管段幾何尺寸控制對精度要求非常高，尤其管段端口安裝精度必須控制在正負1毫米。在水流湍急的贛江南昌段，把重量達2.5萬噸的12節(jié)沉管安裝到位，其難度可想而知?，F(xiàn)在，憑借著成熟的沉管施工技術(shù)，中鐵隧道集團建設者們正安全高效地推進紅谷隧道的建設施工。
據(jù)了解，全世界已建成和計劃建設的海底隧道有20多條，主要分布在日本、美國、西歐等地區(qū)。隨著我國經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，建設更多跨越江海的隧道工程已提上國家的重要議事日程。從2009年開始，渤海海峽跨海通道連續(xù)5年成為全國“兩會”的重要議案和提案。
除了渤海灣跨海隧道，我國目前還在考慮建設的跨海隧道工程已經(jīng)多達5條，包括上海到寧波的杭州海灣工程、伶仃洋跨海工程、連接廣東和海南兩省的瓊州海峽跨海工程等。
在最近結(jié)束的APCE會議上，建設絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀海上絲綢之路的規(guī)劃，為包括跨海隧道在內(nèi)的中國高速鐵路建設快步走向世界，展示出了美好的前景。
隨著中國高鐵快速走向世界，在未來的幾年到幾十年中，在中國，在東南亞，在非洲，在歐美……在中國高鐵伸展的地方，都將出現(xiàn)中鐵隧道集團建設者的身影，為中國穿江越海隧道建設創(chuàng)造輝煌。
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