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6次迭代用于10条地铁!宁波类矩形盾构十年从“全城挖”到“全国挖”
发布日期:2024-11-01     查看次数:67 次
  “具有较好的实操性和可推广性。”10月29日,中国岩石力学与工程学会在宁波举行“类矩形盾构法隧道装备、设计和施工关键技术及推广应用”科技成果评价会,何满潮、刘加平、周创兵等“两院”院士和数十位国内外专家学者,对该技术展开成果评价。

  十年沉淀,成就今天。

  2015年,作为我国首台自主研发、世界上最大断面类矩形盾构机,“阳明号”在宁波一经问世就引发极大关注。

  一组数字,记录十年历程,刻印进步足迹——

  “阳明号”从无到有、从有到优,从优到强,经过6次迭代升级,技术功效达到国际领先水平,破解了城市核心区和旧城区“放不下”“碰不得”难题;

  “阳明号”在宁波诞生,之后去杭州、赴郑州,自如“游”走在不同地质条件的应用场景,至今已成功应用于国内10条地铁线路,在更大范围内向“难”掘进;

  “阳明号”科技创新硕果累累,获批42项发明及实用新型专利、5项软件著作权,发表相关论文130余篇。

  一个新构想

  “双线一次成型,能不能做到?”

  宁波轨道交通4号线,起于江北慈城,穿过海曙老城区,止于东钱湖。正是这条地铁线催生了类矩形盾构机。

  “4号线部分区间隧道位于老城区狭窄道路下方,道路宽度仅14米,且交通繁忙、两侧民房密集,用传统的两条圆形隧道盾构施工,隧道施工影响宽度将达24米,安全风险大,需要大量拆迁。”宁波市轨道交通集团建设分公司副总经理黄毅说。

  其实,受困的又何止轨道交通4号线。随着城市快速发展,核心区和旧城区地下可利用空间越来越少,地下空间开发面临着“放不下”“碰不得”等难点、痛点。

  “放不下”——城市地下空间涵盖了地铁、隧道、管廊等,空间资源有限,加之老城区道路狭窄,无法适应传统盾构施工要求。所以,运用“节约型”开发方式迫在眉睫。

  “碰不得”——城市核心区和旧城区内居民区密集,“开膛破肚”式大拆大建问题突出,运用“微创手术”式开发手段势在必行。

  如何“螺蛳壳里做道场”?

  “把两个盾构隧道合并到一起,双线一次成型,能不能做到?”2014年夏天,宁波市轨道交通集团提出前瞻性设想,希望把解决一个问题,变为破解一类问题,从而破解老城区、核心区小空间施工难题。

  当时,负责施工的上海隧道工程有限公司给出方案:采用双圆盾构机掘进。此前,双圆盾构机曾成功掘进上海地铁6号线、8号线。

  然而,一星期后,这个方案被推翻了。宁波市轨道交通集团深入调研后发现,双圆盾构机在日本曾经用过,但实际效果一般,故后来就没再用了。

  “我们要用最先进的”。于是,类矩形盾构机进入了大家的视野。

  与传统圆形盾构机相比,这种似圆而方的类矩形盾构机,空间利用率高、占用地下空间少、对周边土壤扰动少,可以缓解人流密集城区地下空间建设的“老大难”问题。

  一个联合体

  首创科研、设计、施工一体化招标模式

  盾构机,是目前世界上最先进的隧道掘进装备,被誉为“工程机械之王”,其技术水平是衡量一个国家地下施工装备制造水平的重要标志。当时,类矩形盾构机在国内尚属空白。日本虽有该产品,却对中国禁售,且核心技术处于封锁状态。

  “不卖给我们,那就自己搞。”创新,从来都是“九死一生”,尤其是类矩形盾构机这种高端设备,技术极其复杂,要求极高。一旦失败了,怎么办?

  重大科技创新,首先是理念、模式、制度的创新。作为第一个“吃螃蟹”的,宁波市轨道交通集团以巨大的勇气和担当,作出一系列创新之举——

  2015年初,经过大量调研和半年筹划,宁波市轨道交通集团开出一个非常独特的“标”,在全国开创先河。“特”就“特”在此次招标不只是招某一家单位,而是首创科研、设计、施工一体化招标模式。

  “在业主单位牵头下,整合各方资源,实现从装备研发入手,打破设计、施工、装备制造之间的行业隔阂,从而推动我国地下工程技术迈向领先地位。”上海隧道工程有限公司有关负责人说。

  投入巨大研发经费,购买重大技术装备保险,享受技术市外推广受益权……在“风险共担、利益共享”原则下,科研、设计、施工三方埋头搞研发,攻克“圆”改“矩”的难关。在解决刀盘切削、盾构转身、管片拼装等一系列难题之后,第一台自主研发的类矩形盾构机仅用8个月时间就顺利下线。

  “在没有先例可参考的条件下,从开始研发到产品下线,8个月就造出一个新盾构机,这在盾构机建造史上是绝无仅有的。”黄毅感慨道。

  上海隧道工程有限公司总工程师朱雁飞认为,8个月研发一台新的盾构机,意味着“我们终于找到了一条路——科研、设计、施工一体化模式”。
  
  一台新机器

  “国内自主研发”“世界最大断面”

  “断面宽11.83米,高7.27米;机器重720吨,长68米。”2015年11月30日,宁波轨道交通3号线一期工程现场,这台国内自主研发、世界最大断面的类矩形盾构机一经亮相,就惊艳四方。

  这台“方脑袋”盾构机,头部“一横一竖”装有两个“X”形刀盘,后方还有一个“I”形刀盘,让人眼睛一亮。

  一系列“首创”实现技术领先——

  刀盘系统,首创“双X同面+偏心多轴”模式,可100%精准实现断面切削,边边角角都能“照顾”到。

  拼装系统,首创串联环臂式,适应在狭窄和多局限空间完成管片和中立柱拼装,突破现有平装机在这一领域的作业瓶颈。

  铰链密封系统,首创施工同步可更换压密量可调模式,大幅提高隧道工程密封质量安全性及效率。“在应用上,适用道路狭窄、建筑密集的浅层地下空间开发,实现‘微创手术’式掘进;在操控感觉上相当于从手动挡升级为自动挡,更精准智能。”上海隧道工程有限公司SG6113标项目部盾构经理、曾操作过多款盾构机的纪庆幸说。

  从3号线试验段起步,“阳明号”开启“全城挖”模式,同时不断升级优化,持续推出“新版本”。

   2016年11月,3号线陈婆渡段,第一条类矩形盾构隧道贯通;2017年6月,进入4号线,正式在老城区狭窄道路下、密集居民区旁,连续进行S形曲线施工;2017年10月,在4号线东钱湖段,首次实现浅覆土施工,在距地面仅2.5米的地下成功接收;2018年4月,4号线东钱湖段,无立柱衬砌试验一举成功;2021年6月,首次完成类矩形顶管/盾构模式转换……

  从整体刀盘系统,到出土系统,再到顶/盾一体施工技术,10年来,“阳明号”在不同地质条件、不同场景中被成功应用,并不断优化提升,从“阳明号V1.0”迭代升级至“阳明号V6.0”,每日推进工效从日均3.5环提升至日均10环,最高达13环,技术水平持续提升。

  一堆新成果

  5项省部级科技进步奖

  2019年9月,上海,第21届中国国际工业博览会。“阳明号”全断面切削类矩形盾构掘进机脱颖而出,荣获“中国国际工业博览会大奖”。

  “盾构机很多,全世界有一两千台,但绝大多数是圆形的。根据我们掌握的数据,非圆形盾构机全世界有21台,其中4台在中国。”在当年的新闻通气会上,朱雁飞曾自豪满满地介绍,“而类矩形盾构机仅有两台,都是我们的。”

  大约两个月后,这台特殊的“钢铁穿山甲”就开进了杭州。“彭埠站—明挖转换井是杭州地铁4号线攻坚段,地质条件复杂,在复杂地层中,要跨过既有运营线路和穿过河流,且面临小半径曲线施工等难题,工程施工面临不小的挑战。”上海隧道工程有限公司有关人员介绍,最终“阳明号”不辱使命,在杭州黏土层中顺利推进,最快达到每日6环,体现了类矩形盾构机的超强地层适应性。

  一年多后,杭州地铁首条类矩形盾构隧道顺利贯通,“阳明号”在杭州“首秀”获得成功。

  2022年,继杭州后,“阳明号”又远赴郑州,首次在全断面砂性地层施工,成功下穿众多市政管线,实现长距离水平侧穿地铁运营隧道。

  “阳明号”类矩形盾构机下线以来,已成功应用于宁波轨道交通3号线、4号线、5号线一期、6号线一期、7号线、8号线,以及郑州地铁8号线、杭州地铁4号线、杭州地铁9号线等工程中。

  不仅如此,经过10年的研发应用,类矩形盾构技术还取得了多项创新成果:获得省部级科技进步奖5项;获批发明及实用新型专利42项、软件著作权5项;发表相关论文130余篇,其中SCI、EI收录41篇……

  “10年,只是一个阶段,并非终点。”黄毅说,“我们将放眼未来,以永不停歇的精神,持续开展技术创新、更新迭代,推动‘阳明号’类矩形盾构机保持国际领先地位,为破解地铁施工难题贡献宁波力量。”(宁波日报)
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