穿江越洋筑坦途 中铁隧道集团引领盾构新时代

    2015年元旦前夕，一条喜讯从海外传来：中铁隧道集团成功承揽新加坡T221地下通道矩形盾构项目施工任务，开启了中铁隧道集团盾构技术走向海外中高端市场的新时代。
　　作为中国隧道和地下工程领域的最大施工承包商，中铁隧道集团一直是我国盾构技术的引领者。“从1997年引进国外第一台TBM（隧道掘进机）起，十几年来，中铁隧道集团通过引进、消化、吸收、改造和创新，多次成功地把盾构技术应用于大型隧道建设。”中铁隧道集团总工程师洪开荣介绍说。
　　如今，中铁隧道集团驾驭盾构穿江越洋，引领盾构技术发展迈入新时代。
　　创新驱动
　　中国盾构挺进世界前列
　　中国人接触和认识盾构机，始于1965年。但之后的几十年间，研发制造工作一直步履维艰，进展缓慢。近年来，国内虽然有10多家企业从事盾构机的研发、制造，但这些企业大多数产品依靠进口组装。跨入新世纪，我国隧道建设的速度发展迅猛，在国际上已被称为“隧道大国”，但在隧道工程施工中广为使用的大型设备方面，中国企业仍自主“造血”不足。
　　上世纪90年代初，中铁隧道集团科研人员把最原始最简单的设计图纸当作教材，把盾构机施工现场当作课堂，就这样开始了盾构技术的研发。
　　彼时，国家“九五”重点工程西康铁路上马。其中，秦岭隧道全长18.46公里，是全线的咽喉工程，地质条件复杂，长度在当时国内的隧道施工中位列第一。为解决工程难题，铁道部花巨资从德国维尔特公司购进了两台敞开式全断面硬岩掘进机。中铁隧道集团的建设者和科研人员抓住这一难得的机会，在学习中施工，在施工中学习，不但保证了秦岭特长隧道的提前贯通，而且把这套掘进机的原理、性能和构造，摸得清清楚楚。
　　作为国内隧道与地下工程领域施工的“国家队”，中铁隧道集团坚持科技兴企，先后承担了关于盾构方面的“863”、“973”重要课题，盾构技术自主研发能力持续提升。总工程师洪开荣是这一过程的亲历者。他说：“集团公司不断壮大盾构装备实力，组织内部培训，推进校企合作，开展内外部交流，积极研究探索盾构施工最前沿技术，推进盾构施工水平跃升，保持盾构技术行业的核心竞争优势。”
　　2001年，科技部将土压平衡盾构关键技术研制列入“863”计划自动化领域机器人科研课题，决定在较短时间内完成盾构机自主设计，拉开我国盾构产业化的序幕。
　　重任，落在了中铁隧道集团的肩上。2002年，中铁隧道集团成功入围国家863计划。 研发团队发扬敢啃硬骨头的精神，对国外的盾构技术进行深入研究和分析，根据我国的地质特点，坚持施工实践和实验室研发相结合，攻克了刀盘刀具与地层适应性技术、沉降精确控制技术、泥水处理达标排放技术和压缩空气条件下动火修复刀盘刀具技术，构建起拥有自主知识产权的核心技术体系。这“四大技术”恰似一条“流水线”，破解了泥水盾构在不同地层条件下“掘得动”、“稳得住”、“排得走”、“修得好”的技术难题。
　　2013年1月18日，由中铁隧道集团等单位完成的“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”荣获2012年度国家科技进步一等奖。
　　穿江越洋
　　开启盾构施工技术新篇章
　　人类居住的地球千百万年来发生过无数次沧海桑田的变化，数不清的奥秘隐藏在地壳之中，粘土层、泥沙层、石灰岩、花岗岩、流沙、暗河、卵砾、孤石……扑朔迷离的地质构造为需要穿越江河的隧道施工设置了一道道障碍。中铁隧道集团的建设者运用自己的智慧，战胜了一个个困难，破解了一道道难题，创造出一个个独具特色的盾构施工佳绩。
　　长江第一隧，攻坚克难题。被誉为“万里长江第一隧”的武汉长江隧道全长3630米，双洞双向四车道。中铁隧道集团在建设这条穿越长江的交通大动脉时，遇到了许多意想不到的困难。
　　武汉地质条件复杂，有粘土、粉土、粉细砂、卵石，还有岩层。上软下硬的地层，是隧道挖掘的“强敌”。在这种地质条件下，搞大断面施工将面临5个世界级的技术难题：一是掘进姿态难以控制，盾构机穿越软硬不均的地质时极容易走偏；二是高水压，隧道从水面到底部深57米，江水的压力极大，防止隧道透水是最大难点；三是超浅埋，部分地段盾构机离地面只有5米至6米，要想不“惊动”地面建筑实现穿越长江大堤，施工难度极大；四是强透水，隧道两岸大部分为粉细砂地层，一旦透水，后果不堪设想；五是长距离掘进，由于地质变化大，盾构机要尽可能一次穿越2500多米。
　　中铁隧道集团的建设者们“克敌制胜”的法宝，就是强大的技术支持和信息化管理。比如采用激光自动导向系统，配合人工测量，保持盾构机一丝一毫不偏向；创造性地采用“气垫式泥水平衡技术”，减小盾构机掘进时的波动，把水土沉降控制在3厘米以内。
　　2007年5月，被列入“863”计划的“高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用”课题，通过科技部验收。这种隧道管片，是专门为武汉长江隧道而研制的，目标使用年限为100年，从而确保长江隧道的寿命。
　　总工程师洪开荣认为，武汉长江隧道在科研技术及信息化施工方面，有众多革新，标志着我国穿越江河湖海隧道技术接近世界先进水平，起到了非常有价值的示范作用。
　　厦门连翔安，一隧过天堑。厦门翔安海底隧道全长8.695千米，其中海底隧道长6.05千米，跨越海域宽约4.2千米，是我国大陆地区第一条海底隧道。
　　2005年9月，中铁隧道集团的建设者进入厦门翔安海底隧道施工现场。工程刚开始，就遇到了全强风化软弱地层大断面超浅埋暗挖施工这一大难题。翔安隧道是特殊的三孔设计，开挖宽度达到了17.5米，隧道两端的陆地段，全是风化后形成的烂泥，无法形成洞口。用钢拱架撑上去，沉重的全强风化层压下来，使钢支架沉降度超过技术许可的20厘米，达到50厘米~60厘米。
　　中铁隧道集团建设者们创造性地采用CRD工法和双侧壁导坑法进行施工，把大断面分解成3~5个小断面，依次进行挖掘和支护，土层的压力得到了巧妙的分解，施工得以顺利推进。该工程创造了在同等条件下全国最快的掘进纪录。
　翔安隧道开挖中遇到了最大的拦路虎—全强风化深槽。风化深槽如同与海水连通的烂泥，是海底地质结构中极为复杂的现象。隧道要从这些嵌入岩层的烂泥中穿过去，稍有不慎海水就会挤进狭窄的隧道工地，工程就有可能全部报废。
　　工程技术人员通过试验和反复论证，终于设计出一种全断面帷幕注浆新技术。这种技术是把一种新型快干复合水泥搅拌成浆，在开挖断面的四周钻孔注浆，使风化槽中的烂泥、碎石与岩石凝结成水泥块，从而形成5米厚的堵水加固墙，阻止海水的涌入。当技术参数达到要求时，施工人员再取出泥块，用加固圈对隧道进行初步的开挖支护，使变形严格控制在3厘米~6厘米以内，以此形成隧道的雏形。翔安隧道在施工中突破了多项世界级的难题，取得了30多项科研成果，为全面开展海底隧道施工提供了宝贵的经验。
　　穿越狮子洋，树“世纪”标杆。广深港高铁的控制性工程狮子洋隧道，是目前中国大陆最长、标准最高的盾构隧道，也是中国投入建设的首条铁路水下隧道，全长10.8公里，设计时速350公里，最大水深26.6米。无论是长度、直径还是时速目标值，狮子洋隧道均可比肩英法海峡隧道、东京湾海底隧道、丹麦瑞典海底隧道等世界级海底隧道，被誉为“中国铁路世纪隧道”。中铁隧道集团承建这条“世纪隧道”吸引着国内外同行的目光。
　　2007年11月9日，随着“跨越号”盾构始发成功，狮子洋隧道进入关键性盾构施工阶段。水深使隧道施工难度特别大；隧道通过地层多处为断裂带和风化深槽，容易对刀盘造成磨损；盾构机在弱风化基岩中掘进近3000米，施工中需要江底带压进仓检查和更换刀具，这些都是世界级的难题。
　　中铁隧道集团订下战略目标：构建世纪工程，打造世界品牌。建设者们采用4台具有国际先进水平的直径11.18米的大断面泥水盾构进行施工，并在国内首次采取“相向施工、地中对接、洞内解体”的方式掘进。
　　总工程师洪开荣任项目经理，把精细管理、信息管理和文化管理相互渗透融合，制定了一系列成本控制、工序衔接制度，将责任具体到每一道工序，每一个人，实施全过程控制，走出一条现代项目管理的新路子。
　　2010年12月和2011年3月，狮子洋隧道左线和右线分别实现贯通。
　　通过狮子洋隧道建设施工的锤炼，中铁隧道集团建设者熟练掌握了盾构掘进最优的施工参数、沉降控制措施及泥水盾构过海技术，实现了在海底复杂地质的快速掘进，同时还提升了盾构机拆卸、组装的自主化技术能力。此外，因其卓越的管理水平，在第23届项目管理全球大会上，狮子洋隧道被授予银奖殊荣。
　　近年来，中铁隧道集团采用盾构法施工的海底隧道还有深圳前湾综合过海管廊工程、青岛胶州湾海底隧道等。在开展海底隧道建设中，建设者们攻克了盾构掘进面失稳、关键部件失效、掘进方向失准等国际公认的三大世界难题，成为世界海底隧道盾构法施工规则的制订者，他们主编完成的《盾构法隧道施工与验收规范》等已成为国家标准。
　　海底通途
　　编织明天更美好的交通梦
　　正在施工的南昌市重点工程红谷隧道，全长2650米，其中沉管段全长1329米，共12节管段，是目前国内内河在建规模最大的沉管隧道。
　　红谷隧道所用沉管每节长115米、宽30米、高8.3米，外形巨大，对混凝土防渗抗裂要求极高，制作过程中必须严格把控温度，沉管管段几何尺寸控制对精度要求非常高，尤其管段端口安装精度必须控制在正负1毫米。在水流湍急的赣江南昌段，把重量达2.5万吨的12节沉管安装到位，其难度可想而知。现在，凭借着成熟的沉管施工技术，中铁隧道集团建设者们正安全高效地推进红谷隧道的建设施工。
　　据了解，全世界已建成和计划建设的海底隧道有20多条，主要分布在日本、美国、西欧等地区。随着我国经济和科学技术的发展，建设更多跨越江海的隧道工程已提上国家的重要议事日程。从2009年开始，渤海海峡跨海通道连续5年成为全国“两会”的重要议案和提案。
　　除了渤海湾跨海隧道，我国目前还在考虑建设的跨海隧道工程已经多达5条，包括上海到宁波的杭州海湾工程、伶仃洋跨海工程、连接广东和海南两省的琼州海峡跨海工程等。
　　在最近结束的APCE会议上，建设丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的规划，为包括跨海隧道在内的中国高速铁路建设快步走向世界，展示出了美好的前景。
　　随着中国高铁快速走向世界，在未来的几年到几十年中，在中国，在东南亚，在非洲，在欧美……在中国高铁伸展的地方，都将出现中铁隧道集团建设者的身影，为中国穿江越海隧道建设创造辉煌。

责任编辑：T-mac