施工技術(shù)與制造技術(shù)相互促進(jìn)，我國盾構(gòu)機(jī)從無到有,、從進(jìn)口到出口

“地下蛟龍”領(lǐng)跑記

“京華號”盾構(gòu)機(jī)刀盤正在吊裝下井,。馬金波攝

盾構(gòu)機(jī),，號稱“地下蛟龍”,，名副其實(shí)的大國重器。

近日,，記者走進(jìn)北京東六環(huán)入地改造項(xiàng)目（以下簡稱北京東六環(huán)項(xiàng)目）現(xiàn)場,，我國迄今研制的最大直徑盾構(gòu)機(jī)“京華號”正在這里作業(yè)。中鐵十四局的建設(shè)者操縱著它,，在地面30米以下,，開挖一條長7.4公里的隧道，同時也檢驗(yàn)著我國自主研發(fā)盾構(gòu)機(jī)性能和施工技術(shù)水平,。

十幾年前,，我國盾構(gòu)機(jī)主要依賴進(jìn)口，甚至盾構(gòu)施工都難以獨(dú)立完成,。十幾年后,，我國盾構(gòu)機(jī)從無到有、從進(jìn)口到出口,，實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越,。

北京東六環(huán)改走地下，盾構(gòu)機(jī)讓7.4公里隧道一次成型

東六環(huán)穿越北京城市副中心核心區(qū),，為方便交通,、融合城市，建設(shè)方提出了大膽的設(shè)想：讓地上的東六環(huán)改走地下,。

東六環(huán)入地改造設(shè)計(jì)了兩條隧道,，每條隧道共三層，開挖斷面超過200平方米,，是一般地鐵隧道的5倍,。常規(guī)直徑的盾構(gòu)機(jī)難以勝任，直徑16.07米的“京華號”迎難而上,。

這是國內(nèi)施工中首次應(yīng)用16米級的國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī),。“京華號”始發(fā)豎井位于東六環(huán)西側(cè)路,，由北向南,，任務(wù)是掘出一條長7.4公里的隧道。

記者沿豎井安全梯向下約30米,，便到了盾構(gòu)機(jī)的作業(yè)現(xiàn)場,。“京華號”長約150米,，如一列小火車,，5組不同功能的臺車依次相連，關(guān)鍵部件集成在“火車頭”——1號臺車上,。頂在最前端的巨大圓形刀盤,，在電機(jī)驅(qū)動下切削土層,、石塊，隧道由此向前延伸,。

隧道管片拼裝與掘進(jìn),、出渣等工序同步。每掘進(jìn)2米為一個施工循環(huán),，工程人員把預(yù)制好的管片拼成一個完整圓環(huán),，隧道便一次成型。管片拼縫不滲不漏,，拼裝精度要求極高,。要建成這條隧道，需要拼裝3600多環(huán),，共計(jì)36680塊管片,。

中鐵十四局北京東六環(huán)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人孫旭濤告訴記者，在國內(nèi)超大直徑盾構(gòu)施工中,，“京華號”首次應(yīng)用了雙液注漿技術(shù),。與單一的水泥漿相比，由水泥漿和水玻璃配比成雙液漿,，漿液固結(jié)時間從8小時縮短到1小時以內(nèi),，極大改善了隧道成型效果。

盾構(gòu)施工是革命性的,。有20多年土建經(jīng)驗(yàn)的北京東六環(huán)項(xiàng)目副經(jīng)理顧傳生感慨：“過去,，工程隊(duì)施工靠打眼放炮，挖個隧道特別費(fèi)勁,，噪音大、塵土滿天,，一天下來,，脫下棉口罩，黑乎乎的,；現(xiàn)在,，作業(yè)環(huán)境敞亮，操作機(jī)器,、運(yùn)輸管片,、鋪設(shè)電線，工作高效而有序,?！?/p>

從設(shè)計(jì)到下線，“京華號”盾構(gòu)機(jī)僅用6個半月

“每臺盾構(gòu)機(jī)都不一樣,?！敝需F十四局大盾構(gòu)專家陳鵬解釋,，由于施工的土層、埋深,、沉降要求各不相同,，沒有能包打天下的盾構(gòu)機(jī)?！傲可矶ㄖ啤钡奶攸c(diǎn),，要求盾構(gòu)機(jī)施工方、制造方和科研單位從一開始就要反復(fù)溝通,，三方合作貫穿始終,。

2020年中標(biāo)北京東六環(huán)項(xiàng)目后，施工方中鐵十四局聯(lián)合制造方鐵建重工,，僅用6個半月,，就完成了盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn),、調(diào)試,、下線等工作。這體現(xiàn)了我國盾構(gòu)施工和盾構(gòu)機(jī)研制技術(shù)的強(qiáng)大實(shí)力,，也是我國集中力量辦大事制度優(yōu)勢的生動實(shí)踐,。

“與其他盾構(gòu)機(jī)比，除直徑更大外,，‘京華號’還集成了多年的創(chuàng)新成果,，表明我國盾構(gòu)機(jī)研制及盾構(gòu)施工技術(shù)日趨成熟?！标慁i表示,。

我國盾構(gòu)制造起步于1953年，因技術(shù)落后而一度停滯,。上世紀(jì)90年代,，我國花巨資引進(jìn)兩臺盾構(gòu)機(jī)，用于秦嶺鐵路隧道建設(shè),。此后,，基建施工使用盾構(gòu)機(jī)越來越多，但相當(dāng)長時間內(nèi),，我國不僅盾構(gòu)機(jī)依賴進(jìn)口,，甚至施工也依靠國外團(tuán)隊(duì)。

陳鵬講述了當(dāng)年國內(nèi)盾構(gòu)施工的情景：要花高價錢請外國工程師調(diào)試設(shè)備,，安裝,、維修零部件。因?yàn)榧夹g(shù)實(shí)行封鎖，不許中方人員靠近,，更不用說學(xué)習(xí)參數(shù)計(jì)算方法,、設(shè)備管理理念。

我國技術(shù)人員一邊施工一邊摸索鉆研,，通過反復(fù)操作,、維修、保養(yǎng)等,，慢慢掌握了盾構(gòu)施工的基本要領(lǐng),。2007年，陳鵬參加了中標(biāo)的南京長江隧道工程建設(shè),，這是在長江隧道項(xiàng)目中,，國內(nèi)施工團(tuán)隊(duì)首次獨(dú)立使用大直徑盾構(gòu)機(jī)施工。之后,，我國盾構(gòu)施工技術(shù)一日千里,，如今多項(xiàng)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

中國依賴國外盾構(gòu)機(jī)的局面也被打破,。一臺常規(guī)直徑盾構(gòu)機(jī),，重量超過3000噸，機(jī),、電,、液、氣,、傳感等零部件超過3萬個,。如此多部件集成在一起，如何保證協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn),？這曾令研發(fā)人員頭疼不已,。鐵建重工掘進(jìn)機(jī)總廠總工程師孫雪豐說，研制盾構(gòu)機(jī)需要一個龐大的跨學(xué)科,、跨專業(yè),、跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系支撐，制造工藝復(fù)雜,，光設(shè)計(jì)圖紙就有數(shù)千張。

2002年,，盾構(gòu)機(jī)研制被列入“863計(jì)劃”,，中鐵隧道集團(tuán)牽頭。經(jīng)過多年產(chǎn)學(xué)研攻關(guān),，于2008年制造出我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)機(jī),。其間，我國盾構(gòu)技術(shù)攻關(guān)的隊(duì)伍日益壯大,，有浙江大學(xué),、華中科技大學(xué)等科研機(jī)構(gòu),，也有鐵建重工、北方重工,、中交天和等制造廠商,。

目前，“京華號”已順利掘進(jìn)400多米,，盾構(gòu)機(jī)的多項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)在施工中得到驗(yàn)證,。這意味著我國自主研發(fā)的最大直徑盾構(gòu)機(jī)總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，我國實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)研制和盾構(gòu)施工技術(shù)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越,。

逐代優(yōu)化,，盾構(gòu)機(jī)常壓換刀技術(shù)歷經(jīng)四代

制造盾構(gòu)機(jī)，發(fā)達(dá)國家有上百年歷史,，我國何以能快速實(shí)現(xiàn)追趕,？業(yè)界專家的答案是：施工技術(shù)與制造技術(shù)相互促進(jìn)是關(guān)鍵。

專家表示,，盾構(gòu)機(jī)研制技術(shù)的不斷優(yōu)化,，更多來自施工的持續(xù)反饋。

以盾構(gòu)機(jī)換刀技術(shù)為例,。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中,，刀具損壞了怎么辦？傳統(tǒng)的方式是帶壓換刀,，這需要繁瑣的加壓進(jìn)艙,、減壓出艙等操作，耗時長,、費(fèi)用高,，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。在施工過程中,，技術(shù)人員提出常壓換刀設(shè)想,。在南京長江隧道工程中，中鐵十四局施工團(tuán)隊(duì)聯(lián)合制造商,，調(diào)整了盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu),，研發(fā)并成功試用了第一代常壓換刀技術(shù)。

2010年,，中鐵十四局負(fù)責(zé)施工的南京地鐵10號線過江隧道工程,，面對復(fù)雜的地質(zhì)和高水壓，技術(shù)人員聯(lián)合科研人員重新設(shè)計(jì)了換刀的結(jié)構(gòu)體系,，研發(fā)出第二代常壓換刀技術(shù)——套筒油缸式換刀技術(shù),，并首次應(yīng)用在11米級直徑盾構(gòu)施工中。

換刀技術(shù)在工程實(shí)踐中持續(xù)改進(jìn)創(chuàng)新。在2015年中標(biāo)的武漢地鐵8號線工程掘進(jìn)中,，針對江底不同巖性復(fù)合地層的地質(zhì)條件,，中鐵十四局施工團(tuán)隊(duì)首次開發(fā)了滾齒互換式換刀技術(shù)，成為第三代常壓換刀技術(shù),。

據(jù)介紹,，“京華號”配備的已是第四代常壓換刀技術(shù)。從帶壓到常壓,，逐代優(yōu)化,，這一從實(shí)踐中反饋研發(fā)、不斷提升的換刀技術(shù),，如今已成為大盾構(gòu)研制的常規(guī)選項(xiàng),。

“我國盾構(gòu)施工市場需求大，遇到的地質(zhì)種類多,，能夠持續(xù)反饋,，推動盾構(gòu)機(jī)自主研發(fā)快速更新迭代?！标慁i說,，比如，2017年9月我國研制的超大直徑盾構(gòu)機(jī)“沅安號”就配置了常壓換刀,，在新技術(shù)應(yīng)用上,，國內(nèi)盾構(gòu)機(jī)很快趕上了國際一流水平。

豐富多樣的基建施工需求,，也推動我國盾構(gòu)產(chǎn)品向小微化,、巨型化、異形化發(fā)展,。除大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)“京華號”外,，國產(chǎn)大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)、大直徑硬巖盾構(gòu)機(jī)等產(chǎn)品也紛紛下線,，開創(chuàng)了一系列隧道新型開挖模式,。

盾構(gòu)機(jī)制造水平的提升，反過來為盾構(gòu)施工應(yīng)用打開了廣闊的市場,，在鐵路工程,、水利工程、城市改造等領(lǐng)域大顯身手,。

國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)走出去,，成為中國制造的亮麗名片

我國盾構(gòu)裝備的跨越發(fā)展，帶動了配套產(chǎn)業(yè)躍升,。孫旭濤告訴記者，以刀具為例，2015年以前國內(nèi)盾構(gòu)機(jī)配備的刀具基本靠進(jìn)口,，現(xiàn)在國產(chǎn)化刀具不遜于國際品牌,。

有統(tǒng)計(jì)顯示，國內(nèi)市場國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)占有率已超過九成,，全球市場份額接近七成,。走出去的國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，成為中國制造的亮麗名片,。專家分析,，中國精細(xì)的管理和施工標(biāo)準(zhǔn)與大型裝備一同出口，形成了“中國品牌”,。

“就像好的車,，需要懂車的人開一樣，操作盾構(gòu)機(jī)也是個技術(shù)活,?！睂O旭濤說。2018年8月,，蘇通長江GIL綜合管廊隧道工程貫通,，中鐵十四局使用的盾構(gòu)機(jī)完好率超過97%，盾構(gòu)刀盤出水的時候,，連下線時涂在盤面的紅漆都清晰可見,。精細(xì)化的管理、維護(hù),，令外方贊嘆,。

憑借過硬的質(zhì)量和技術(shù)，我國盾構(gòu)機(jī)在海外大顯身手,。如今,，在以高標(biāo)準(zhǔn)著稱的新加坡市場，中國生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)在交通建設(shè)中留下了身影,；意大利公司采購我國盾構(gòu)機(jī),，成功建設(shè)了黎巴嫩大貝魯特供水工程；在丹麥,、法國等國家的地下工程中,，中國盾構(gòu)機(jī)也越來越多被運(yùn)用。

“智能化,、自動化是未來盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的方向,。”陳鵬說,，在北京東六環(huán)項(xiàng)目上,，工程人員正嘗試打造智慧工地,，施工過程與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等結(jié)合,，實(shí)行精細(xì)化,、流程化、智能化管理,，進(jìn)一步提高我國的盾構(gòu)施工能力,。（喻思南 李美華）