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“ 200年前世界上第一個(gè)矩形盾構(gòu)機(jī),是歐洲人發(fā)明的,我的中國同行卻將這項(xiàng)古老的技術(shù),賦予了新的生命?！?/p>

這是德國波鴻魯爾大學(xué)副校長、德國科學(xué)與工程院院士 Gunther Meschke近日在浙江寧波舉辦的“寧波軌道類矩盾構(gòu)”技術(shù)評(píng)價(jià)會(huì)上,對(duì)此項(xiàng)技術(shù)研究的牽頭者黃毅博士及其團(tuán)隊(duì)伙伴所作的贊譽(yù)。

集眾智創(chuàng)絕招突破“卡脖子”技術(shù)

盾構(gòu)(或稱“盾構(gòu)機(jī)”)素有工程機(jī)械的“航母”之稱,可廣泛應(yīng)用于城市軌道、地下管廊、鐵路公路隧道等重大工程、基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域。

黃毅是上海同濟(jì)大學(xué)土木工程博士生,2012年畢業(yè)后入職寧波市軌道集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“寧波軌道”),同事們都稱他"黃博",現(xiàn)為高級(jí)工程師,與盾構(gòu)打了十幾年交道。他說,寧波軌道通過技術(shù)引進(jìn)與自主研發(fā)相結(jié)合,僅用4年時(shí)間,便順利打通3條城市地鐵線路。不過當(dāng)時(shí)采用較成熟的圓洞單軌盾構(gòu)技術(shù),遇到狹小逼仄的地下施工空間便難以適應(yīng),2013年底,在建設(shè)寧波地鐵4號(hào)線就被卡住了坎。4號(hào)線總長35.95公里,其中有2公里線路位于寧波翠柏里老街區(qū)正下方,地下可用空間凈寬不足14米,在如此狹窄的地下空間作業(yè)極為罕見,也是國際性難題

圖一:圖為黃毅(左)在施工現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備運(yùn)行情況

在此期間,黃毅偕團(tuán)隊(duì)伙伴多次到歐美日等國的盾構(gòu)同行調(diào)研考察,對(duì)日本技術(shù)尤為關(guān)注。他說,日本地鐵大多在東京灣一帶,與寧波的城市布局、地質(zhì)構(gòu)造有較多相似之處,其中日本推出的矩型盾構(gòu),采用全鋼架支撐,雖然成本較高,但能較有效的在地下狹窄空間施工,他們視若至寶不輕易示人。

寧波軌道建設(shè)分公司黨委書記黃貴彬說,我們最初想咬咬牙,從日本買一臺(tái)“矩型盾構(gòu)”成品裝備,以緩解翠柏里燃眉之急,但日商卻以“目前暫無出售計(jì)劃”為由婉拒。黃毅說,即便能引進(jìn)其他類似盾構(gòu)機(jī),對(duì)方也處處設(shè)防,開出嚴(yán)苛的條件?！笆玛P(guān)‘卡脖子’的高端裝備與關(guān)鍵技術(shù),不能指望也無法依賴外援引進(jìn)?！?/p>

為此,寧波軌道決定抽調(diào)精兵強(qiáng)將,嘗試研發(fā)適合中國國情與寧波地質(zhì)條件的“矩型盾構(gòu)”,黃毅為一線技術(shù)負(fù)責(zé)人。他說,作為一項(xiàng)國際領(lǐng)先的重大課研項(xiàng)目,僅憑寧波軌道單打獨(dú)斗不行,我們搭建產(chǎn)學(xué)研用一體化大平臺(tái),參與的有上海隧道設(shè)計(jì)院、上海隧道工程公司、同濟(jì)大學(xué)等眾多一流高校學(xué)府、專業(yè)機(jī)構(gòu),組成國內(nèi)頂尖的地鐵盾構(gòu)攻關(guān)團(tuán)隊(duì),將軌道建設(shè)工地變成國際級(jí)大科研場(chǎng)。

當(dāng)時(shí)擺在黃毅與團(tuán)隊(duì)成員面前的有單圓單軌、雙圓雙軌、矩型雙軌等多項(xiàng)國內(nèi)外的盾構(gòu)技術(shù)。他說,我們經(jīng)過多方面利弊分析,可行性論證,對(duì)包括公認(rèn)最先進(jìn)的矩型盾構(gòu)都予以排除。

既然現(xiàn)行盾構(gòu)結(jié)構(gòu)都不行,能否考慮橢圓型?黃毅說,經(jīng)應(yīng)力計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其受力更合理、抗壓力更強(qiáng)的結(jié)構(gòu),不是單純的橢圓形,而是采用四段不同弧度的曲線,銜接成如同橫放的鴨蛋,這便是今天名聲遠(yuǎn)揚(yáng)的“類矩盾構(gòu)”技術(shù)的創(chuàng)意由來。

對(duì)地鐵建設(shè)來講,“時(shí)間就是金錢”絕非虛言。黃毅與團(tuán)隊(duì)伙伴夜以繼日全力以赴協(xié)力攻關(guān),僅9個(gè)月時(shí)間,寬11.83米、高7.27米,世界上首臺(tái)截?cái)嗝孀畲?、掘進(jìn)利用率最高的“類矩盾構(gòu)”精彩亮相,寧波市將其命名為“陽明號(hào)”

深耕一線成就“解難高手”

作為全新的技術(shù)裝備,從實(shí)驗(yàn)廠出品到規(guī)?；瘧?yīng)用,需要通過可行性驗(yàn)證階段,自不敢貿(mào)然先用在情況復(fù)雜的4號(hào)線上。黃毅說,我們想到地處近郊的3號(hào)線高塘橋出入段線 ,將原本準(zhǔn)備開渠明挖的部份地段,改為類矩形盾構(gòu)地下掘進(jìn)。

新出廠的“類矩盾構(gòu)”運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng),上海隧道公司高級(jí)工程師潘濤說,我們心里有些忐忑不安,畢竟從工廠模擬到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操變數(shù)太大。果然首環(huán)試拼裝便遇到“下馬威”。按設(shè)計(jì)要求,“類矩盾構(gòu)”要將每環(huán)11片,每片重達(dá)數(shù)噸高強(qiáng)度鋼砼管片,拼接成高7米、寬11米的“類矩環(huán)”空間,其精度需要控制在5mm以內(nèi),我們耗費(fèi)多時(shí)未能如愿,只得請(qǐng)黃博來 “點(diǎn)撥”。

黃毅在現(xiàn)場(chǎng)觀察了兩天兩夜,終于發(fā)現(xiàn)問題。原來隨著盾構(gòu)掘進(jìn),管片出現(xiàn)位置偏移,黃毅設(shè)計(jì)了限位器,將管片夾住定位。接著把拼裝機(jī)原來各自運(yùn)行的三個(gè)動(dòng)作,串聯(lián)成環(huán)臂式一個(gè)動(dòng)作 ,使管片拼裝精準(zhǔn)控制在誤差縫隙之內(nèi),這才恢復(fù)試驗(yàn)施工,闖過了起步難關(guān)。

圖二: 圖為黃毅(中)與團(tuán)隊(duì)成員作技術(shù)研討交流

試驗(yàn)段初戰(zhàn)告捷,整個(gè)團(tuán)隊(duì)移師4號(hào)線,也一氣呵成,打通了曾被視為畏途的翠柏里超窄地下段。黃毅說,按原來施工方案,僅地面拆遷補(bǔ)償即需12億元,而采用“類矩盾構(gòu)”施工,可節(jié)省各類費(fèi)用達(dá)11.4億,且不拆房不擾民,施工進(jìn)度快,實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面良好效益。

寧波地處我國東部沿海軟土地帶,地下土層含水率高達(dá)50%,比東京、上海等同類沿海大城市高出10%左右,是目前我國在建地鐵中,地層含水率最高的城市之一,“有人將此比喻為‘嫩豆腐打洞’,認(rèn)為寧波是座不適合建地鐵的城市。”黃毅說。我們運(yùn)用“類矩盾構(gòu)”系列化技術(shù)工法,有效破解了世所罕見的地下海泥層軟土開掘作業(yè)的國際性難題。

因受到軟土地基等因素的干擾影響,最初施工中幾次發(fā)生多刀盤碰撞。黃毅說,此類問題國外也有遇到,他們較多采用停機(jī)再啟動(dòng),但影響作業(yè)效率扭力受損較大。我們研究后,將大小刀盤分別作了刀形改進(jìn)與結(jié)構(gòu)調(diào)整,杜絕了刀盤交錯(cuò)現(xiàn)象。

寧波地鐵6號(hào)線江南路施工點(diǎn)附近,有三根大自來水管,軌道建設(shè)三部工程師張家碩說,我們按常規(guī)作了基坑鋼管護(hù)壁,黃博巡查后認(rèn)為不妥,說這些水管一旦發(fā)生意外,后果不堪設(shè)想。他立即更換能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力的智能支撐系統(tǒng),還在水管沿線設(shè)立11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。6號(hào)線開工2年多來,多次遭遇臺(tái)風(fēng)暴雨及東海大潮侵襲,由于采取周密的防控措施,迄今未發(fā)現(xiàn)任何異常。

有專家認(rèn)為,寧波軌道研發(fā)攻關(guān)的“類矩盾構(gòu)”,是全球盾構(gòu)領(lǐng)域真正意義上的首創(chuàng)與新技術(shù)革命。而作為一線“操盤手”,黃毅始終懷有一個(gè)信念與夢(mèng)想,就是要將此“國之重器”,對(duì)標(biāo)世界最前沿,精心打磨成精品極品。

“類矩盾構(gòu)”問世后,從1.0版到 5.0版,黃毅與團(tuán)隊(duì)成員不斷深化研發(fā)迭代升級(jí),實(shí)施了一系列重大技術(shù)的改革創(chuàng)新。他說,最初推出的盾構(gòu)刀盤體系,由兩個(gè)“X型”大刀盤加一個(gè)“I型”小刀盤組合而成,3個(gè)刀盤同步作業(yè),形成全斷面百分百切削,這也是其獨(dú)特優(yōu)越性。

此后運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù),通過程序預(yù)設(shè),盾構(gòu)機(jī)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度與刀盤角度,增強(qiáng)了安全性可靠性。隨著技術(shù)、工法的不斷優(yōu)化,盾構(gòu)作業(yè)效率也大為提升,如管片拼裝,最初每塊作業(yè)時(shí)間需30分鐘,后縮短為15分鐘,現(xiàn)需僅5分鐘。掘進(jìn)速度則由原來每天的2-3米,達(dá)到現(xiàn)今每天10米,增加了三倍多。對(duì)此豐碩成果,黃毅說,我是農(nóng)家子弟,深知一份耕耘一份收獲,舍此別無他途。

咬定青山不計(jì)險(xiǎn)終成“遙遙領(lǐng)先”

黃毅還千方百計(jì)創(chuàng)新“類矩盾構(gòu)”的應(yīng)用場(chǎng)景,使其發(fā)揮更多的功能與效能。東錢湖地鐵調(diào)度場(chǎng)線,原本采用明挖方案,不料動(dòng)工時(shí)發(fā)現(xiàn)地下有條國防電纜,只得暫停下來。正當(dāng)工程隊(duì)一籌莫展之際,黃毅聞?dòng)嵹s來,建議改為“類矩盾構(gòu)”開掘,從電纜下面穿越而過。接著又將沙石建材堆成“人造山坡”,增加盾構(gòu)施工要求的土層荷載,僅一個(gè)多月,就把幾乎擱淺的調(diào)度場(chǎng)線順利打通了。

寧波8號(hào)線麗園南路站的會(huì)車線,為爭(zhēng)搶時(shí)間需單雙軌同步相向施工,這使單圓洞與“類矩”洞容易出現(xiàn)“互吸”偏差。根據(jù)委托的地鐵設(shè)計(jì)院模擬預(yù)期,偏差可能超過12厘米。

“這難題全世界也找不到先例可作參考?！睂幉ㄜ壍蓝軜?gòu)部工程師劉騰去作匯報(bào),黃毅建議將盾構(gòu)軸線向外側(cè)偏3厘米。劉騰說,這個(gè)糾偏角度遠(yuǎn)低于測(cè)算估值,我們有些將信將疑。結(jié)果在實(shí)際操作中反彈值為4厘米,兩相抵沖僅1厘米之差,安然通過了最危險(xiǎn)的交叉段,大伙喜出望外,又嘆服不已。

圖三:圖為工程技術(shù)人員為首臺(tái)“類矩盾構(gòu)”作投產(chǎn)前檢查調(diào)試

“類矩盾構(gòu)”不斷創(chuàng)新的科研成果,在國內(nèi)外業(yè)界產(chǎn)生了廣泛影響,來自鄭州、南京、杭州等眾多城市的地鐵同行,紛紛幕名前來學(xué)習(xí)考察,推廣移植的先進(jìn)技術(shù)、工法,亦廣受歡迎好評(píng)。

在歷時(shí)10年的不懈努力與堅(jiān)守中,黃毅團(tuán)隊(duì)先后獲得42項(xiàng)國內(nèi)外專利,4項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng),填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)空白,占據(jù)了全球地鐵盾構(gòu)領(lǐng)域的制高點(diǎn),成為真正的“遙遙領(lǐng)先”。黃毅說,目前面向六代機(jī),我們?nèi)栽诩訌?qiáng)技術(shù)研發(fā)與儲(chǔ)備,努力使“類矩盾構(gòu)”這項(xiàng)高新技術(shù),在國際競(jìng)爭(zhēng)的賽道上,持續(xù)保持領(lǐng)軍者的地位。

作為浙江省勞動(dòng)模范、國內(nèi)地鐵行業(yè)有影響的技術(shù)新秀,黃毅還發(fā)起成立了勞模創(chuàng)新聯(lián)盟,集聚參與寧波軌道施工、設(shè)計(jì)、科研等20余家單位的勞模、技術(shù)骨干,交流探討技術(shù)研及時(shí)解決一線難題,碩果累累。

近日在寧波舉行的陽明號(hào)“類矩盾構(gòu)”技術(shù)成果評(píng)價(jià)會(huì)上,面對(duì)眾多來自國內(nèi)外的權(quán)威專家學(xué)者,黃毅作了一個(gè)多小時(shí)的演講,各位“大咖”爭(zhēng)相發(fā)言,對(duì)技術(shù)成果與主講人深表贊許。中國科學(xué)院院士何滿潮、中國工程院院士劉加平、周創(chuàng)兵、韓國工程院院士李寅模、新加坡工程院院士梁春輝等中外專家學(xué)者一致認(rèn)為,“類矩盾構(gòu)”作為中國首創(chuàng)性、原創(chuàng)性、國際領(lǐng)先的高端裝備與施工工法,擁有不可替代的優(yōu)勢(shì)與廣闊應(yīng)用前景。

原國際隧道協(xié)會(huì)副主席、美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)教授JamaIRoStami說,黃博士牽頭研發(fā)的這項(xiàng)先進(jìn)誘人技術(shù),在歐美國家也有需求,尤其在歐洲許多古老的小城,道路狹小建筑密集,“類矩盾構(gòu)”可為城市地下交通建設(shè)提供全新的解決方案。(作者:丹辰)

圖片供稿:寧波市軌道交通公司集團(tuán)有限公司