“ 200年前世界上第一個矩形盾構(gòu)機，是歐洲人發(fā)明的，我的中國同行卻將這項古老的技術(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)評價會上，對此項技術(shù)研究的牽頭者黃毅博士及其團隊伙伴所作的贊譽。
集眾智創(chuàng)絕招突破“卡脖子”技術(shù)
盾構(gòu)(或稱“盾構(gòu)機”)素有工程機械的“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有限公司(以下簡稱“寧波軌道”)，同事們都稱他"黃博"，現(xiàn)為高級工程師，與盾構(gòu)打了十幾年交道。他說，寧波軌道通過技術(shù)引進與自主研發(fā)相結(jié)合，僅用4年時間，便順利打通3條城市地鐵線路。不過當(dāng)時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號線就被卡住了坎。4號線總長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)場檢查設(shè)備運行情況
在此期間，黃毅偕團隊伙伴多次到歐美日等國的盾構(gòu)同行調(diào)研考察，對日本技術(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“矩型盾構(gòu)”成品裝備，以緩解翠柏里燃眉之急，但日商卻以“目前暫無出售計劃”為由婉拒。黃毅說，即便能引進其他類似盾構(gòu)機，對方也處處設(shè)防，開出嚴苛的條件。“事關(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。”
為此，寧波軌道決定抽調(diào)精兵強將，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)負責(zé)人。他說，作為一項國際領(lǐng)先的重大課研項目，僅憑寧波軌道單打獨斗不行，我們搭建產(chǎn)學(xué)研用一體化大平臺，參與的有上海隧道設(shè)計院、上海隧道工程公司、同濟大學(xué)等眾多一流高校學(xué)府、專業(yè)機構(gòu)，組成國內(nèi)頂尖的地鐵盾構(gòu)攻關(guān)團隊，將軌道建設(shè)工地變成國際級大科研場。
當(dāng)時擺在黃毅與團隊成員面前的有單圓單軌、雙圓雙軌、矩型雙軌等多項國內(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，對包括公認最先進的矩型盾構(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)力計算及實驗結(jié)果表明，其受力更合理、抗壓力更強的結(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，這便是今天名聲遠揚的“類矩盾構(gòu)”技術(shù)的創(chuàng)意由來。
對地鐵建設(shè)來講，“時間就是金錢”絕非虛言。黃毅與團隊伙伴夜以繼日全力以赴協(xié)力攻關(guān)，僅9個月時間，寬11.83米、高7.27米，世界上首臺截斷面最大、掘進利用率最高的“類矩盾構(gòu)”精彩亮相，寧波市將其命名為“陽明號”。
深耕一線成就“解難高手”
作為全新的技術(shù)裝備，從實驗廠出品到規(guī)?；瘧?yīng)用，需要通過可行性驗證階段，自不敢貿(mào)然先用在情況復(fù)雜的4號線上。黃毅說，我們想到地處近郊的3號線高塘橋出入段線 ，將原本準備開渠明挖的部份地段，改為類矩形盾構(gòu)地下掘進。
新出廠的“類矩盾構(gòu)”運抵施工現(xiàn)場，上海隧道公司高級工程師潘濤說，我們心里有些忐忑不安，畢竟從工廠模擬到現(xiàn)場實操變數(shù)太大。果然首環(huán)試拼裝便遇到“下馬威”。按設(shè)計要求，“類矩盾構(gòu)”要將每環(huán)11片，每片重達數(shù)噸高強度鋼砼管片，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)，我們耗費多時未能如愿，只得請黃博來 “點撥”。
黃毅在現(xiàn)場觀察了兩天兩夜，終于發(fā)現(xiàn)問題。原來隨著盾構(gòu)掘進，管片出現(xiàn)位置偏移，黃毅設(shè)計了限位器，將管片夾住定位。接著把拼裝機原來各自運行的三個動作，串聯(lián)成環(huán)臂式一個動作 ，使管片拼裝精準控制在誤差縫隙之內(nèi)，這才恢復(fù)試驗施工，闖過了起步難關(guān)。
圖二： 圖為黃毅(中)與團隊成員作技術(shù)研討交流
試驗段初戰(zhàn)告捷，整個團隊移師4號線，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，僅地面拆遷補償即需12億元，而采用“類矩盾構(gòu)”施工，可節(jié)省各類費用達11.4億，且不拆房不擾民，施工進度快，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、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’，認為寧波是座不適合建地鐵的城市?！秉S毅說。我們運用“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，他們較多采用停機再啟動，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與結(jié)構(gòu)調(diào)整，杜絕了刀盤交錯現(xiàn)象。
寧波地鐵6號線江南路施工點附近，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)作了基坑鋼管護壁，黃博巡查后認為不妥，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個監(jiān)測點。6號線開工2年多來，多次遭遇臺風(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”，黃毅始終懷有一個信念與夢想，就是要將此“國之重器”，對標世界最前沿，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，黃毅與團隊成員不斷深化研發(fā)迭代升級，實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“X型”大刀盤加一個“I型”小刀盤組合而成，3個刀盤同步作業(yè)，形成全斷面百分百切削，這也是其獨特優(yōu)越性。
此后運用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)，通過程序預(yù)設(shè)，盾構(gòu)機能夠自動調(diào)節(jié)運行速度與刀盤角度，增強了安全性可靠性。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)時間需30分鐘，后縮短為15分鐘，現(xiàn)需僅5分鐘。掘進速度則由原來每天的2-3米，達到現(xiàn)今每天10米，增加了三倍多。對此豐碩成果，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。
咬定青山不計險終成“遙遙領(lǐng)先”
黃毅還千方百計創(chuàng)新“類矩盾構(gòu)”的應(yīng)用場景，使其發(fā)揮更多的功能與效能。東錢湖地鐵調(diào)度場線，原本采用明挖方案，不料動工時發(fā)現(xiàn)地下有條國防電纜，只得暫停下來。正當(dāng)工程隊一籌莫展之際，黃毅聞訊趕來，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，僅一個多月，就把幾乎擱淺的調(diào)度場線順利打通了。
寧波8號線麗園南路站的會車線，為爭搶時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，黃毅建議將盾構(gòu)軸線向外側(cè)偏3厘米。劉騰說，這個糾偏角度遠低于測算估值，我們有些將信將疑。結(jié)果在實際操作中反彈值為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“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，推廣移植的先進技術(shù)、工法，亦廣受歡迎好評。
在歷時10年的不懈努力與堅守中，黃毅團隊先后獲得42項國內(nèi)外專利，4項省部級科技進步獎，填補了多項國內(nèi)空白，占據(jù)了全球地鐵盾構(gòu)領(lǐng)域的制高點，成為真正的“遙遙領(lǐng)先”。黃毅說，目前面向六代機，我們?nèi)栽诩訌娂夹g(shù)研發(fā)與儲備，努力使“類矩盾構(gòu)”這項高新技術(shù)，在國際競爭的賽道上，持續(xù)保持領(lǐng)軍者的地位。
作為浙江省勞動模范、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、科研等20余家單位的勞模、技術(shù)骨干，交流探討技術(shù)研及時解決一線難題，碩果累累。
近日在寧波舉行的陽明號“類矩盾構(gòu)”技術(shù)成果評價會上，面對眾多來自國內(nèi)外的權(quán)威專家學(xué)者，黃毅作了一個多小時的演講，各位“大咖”爭相發(fā)言，對技術(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)勢與廣闊應(yīng)用前景。
原國際隧道協(xié)會副主席、美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)教授JamaIRoStami說，黃博士牽頭研發(fā)的這項先進誘人技術(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有限公司
轉(zhuǎn)自：中國網(wǎng)
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