量身定制全球领先盾构机 打造世界一流管理和人才
发布日期: 2021-07-23 15:43:30 来源: 经济参考报

钻入地下约30米深、比5层楼还要高的盾构机头部插入泥层向前掘进,泥水经输送管道压入泥水仓,工人们循序渐进地将一块块管片按照预定位置拼装到位……

这是《经济参考报》记者在北京市第一条大直径盾构地下道路——东六环改造工程现场看到的景象,国产最大直径泥水平衡盾构机“京华号”正在这里进行为期两年的地下穿越之旅,朝着打造世界性示范工程的目标进发,为北京城市副中心建设助力。

量身定制全球领先的盾构机

“东六环改造工程作为北京城市副中心重点工程,无论是在政治地位、市民需求、功能需要和建设规模等方面都算得上超级工程。”首发集团东六环改造工程项目管理处负责人何历超如此评价道。

把约16.3公里的北京东六环从地上改走地下,并在地面上打造“高线公园”,使得通州城区与副中心行政办公区融为一体,打造创新发展轴……这项总投资117亿元的“城市缝补”项目,正创造着多个北京乃至全国第一:

入地改造段9.2公里,包含7.3公里盾构隧道,是国内超大直径盾构单次掘进长度最长的隧道之一;多个盾构深度指数均为全北京之最;是我国北方最大的盾构隧道,盾构隧道的直径达到16.07米,盾构机开挖断面则达到了202平方米,而一般地铁隧道的盾构直径约为6米,开挖断面不到30平方米。

“超大直径盾构始发、接收及施工参数控制风险大,掘进姿态要求高。”中铁十四局东六环改造工程项目负责人孙旭涛告诉记者,隧道要先后下穿多条道路、铁路和河道,对地上建筑物的变形控制要在毫米级范围,并要一次性长距离穿越高密实、强透水砂层,风险控制难度大。此外,盾构隧道含车行道板等多类内部结构,体量大,且与盾构掘进平行施工,洞内协调组织难度大,施工筹划要求高。

工欲善其事,必先利其器。啃下如此多的“硬骨头”,打造世界级示范工程,必须要有全球领先的科技水平和装备制造。

“京华号”盾构机正是为此量身定制。这个整机长150米、总重量约4300吨的“巨无霸”,由中铁十四局和铁建重工用时9个月联合研制完成,其中仅用时六个半月就完成了组装调试、下线验收,创造了大直径盾构生产制造新纪录。

值得注意的是,这是我国企业首次成功实现16米级超大直径盾构机的工业制造,也是我国迄今为止研制的最大直径泥水平衡盾构机,应用了常压换刀、伸缩主驱动、高效大功率泥水环流系统等多项核心技术,并创新搭载了管环收敛测量等多个系统装置,使隧道掘进作业转变成相对安全、高效的绿色施工模式,标志着我国在超大直径盾构领域达到世界领先水平。

《经济参考报》记者连续走下数层施工楼梯,到达盾构机内部的第一感受就是“壮观”。据介绍,盾构机头部刀盘重达500吨,正面有364把刀具,最轻的刀具都有200多斤,硬度堪比金刚石,背面可以看到一个个蓝色的电机,每台功率都能达到350千瓦。在刀盘后面,还有操作室、台车等,组成了一条入地的“钢铁巨龙”,可同时完成开挖、排土、碎石、出渣、支护、衬砌、封固等工序,在掘进过程中实现隧道主体结构一次成型。

打造世界一流的管理和人才

如此“庞然大物”在地下“穿越”,要如何确保不偏离线路、顺利完成每道工序?这有赖于世界一流的管理和人才队伍。

创新引进“5S”工厂化管理、积极探索联络通道施工关键技术、智慧工地建设初具规模……中铁十四局东六环改造工程项目部在项目总体策划与实施,以及施工现场安全、质量、成本、进度、风险管控、精细化管理、信息化管理等方面不断探索与推进,着力打造大直径盾构施工智慧工地、标杆项目。

东六环改造工程安全质量监控中心的超大屏幕上,显示着BIM管理平台、“京华号”盾构监测、现场监控视频、应急响应、进度产值、气象预警、第三方监测、现场工作管理等多个栏目,管片的生产、运输、拼装场景,盾构机的推力、行程甚至分区压力,都能一览无余。

据了解,盾构机每前进2米,就需要拼装10块管片,形成1个完整的圆环,而整条隧道需要拼装3600多环,共计36680块管片。

“我们自主研发的管片可以承受相当于水下75米的压力,做到不变形不破损,不渗不漏。” 孙旭涛表示,每一位拼装人员都有7年以上相关工作经验,误差控制在5毫米。而且每一个管片都有专属的“身份证”,通过手机进行扫描后,可查看管片从生产到安装全过程的数据采集和存储信息。

《经济参考报》记者注意到,掘进现场并没有烟尘漫漫、土石飞扬,除了机器发出的阵阵轰鸣声,很难想象这是一个位于地下深处的大型建设工地。盾构机采取手自一体设置,两名操作员就可以驾驶,他们需要时刻紧盯操作室屏幕上的各种参数,保证这个“大家伙”能以厘米级的精度向目标方向前进。

可以说,盾构机操作员水平的高低直接影响装备整体效能的发挥和隧道施工及使用安全。“我们的操作员队伍中不少人都有着丰富的盾构机操作经验,参与过一大批重难点项目。”孙旭涛说。

据介绍,近年来,中铁十四局不断加强人才队伍建设,人才结构进一步优化,东六环改造工程项目管理人员90%以上为本科学历,其中研究生4名,博士1名。青年人才逐步成长为主力军,64%为90后,90%为80后。

加速迈向盾构技术强国

目前东六环改造工程处于初步掘进阶段,未来还要穿越多个风险点。不过,孙旭涛对此充满信心。在他看来,十几年前,国内盾构市场关键技术受制于人。如今,“上天有神舟,下海有蛟龙,入地有盾构”,中国技术、中国制造、中国建造的进步,让我们能够实现各种复杂地层的掘进。

据了解,隧道及地下工程是我国基础设施建设的一个重要领域,对国民经济和社会发展、提高人民生活质量水平具有重要作用。

根据近年来国际隧协与地下空间协会(ITA)统计,我国已是隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的隧道大国。在盾构设备制造和盾构隧道修建方面,不仅在数量上遥遥领先,而且在技术上也达到了国际领先水平,诞生了最大直径土压平衡盾构机、最大直径硬岩盾构机、最大直径泥水平衡盾构机等一系列创新性产品。

作为我国基建领域主力军,中铁十四局一一攻克国内最高水压、最大埋深、最浅覆土、最硬岩石、最大直径、最为复杂地质条件的隧道建造技术难题,率先实现各种地质全覆盖、盾构直径全覆盖、盾构机技术工艺全覆盖、行业领域全覆盖;拥有国家授权专利200余项,技术水平跨入世界前列,关键核心技术世界领先。

从万里黄河第一隧到万里长江第一廊,再到中国高铁智能建造第一隧,“穿越江河湖海城”的“基建狂魔”背后,是我国科技实力正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升,一项项进步成果的应用,一个个重大工程的建成,挺起了泱泱大国发展的“骨架”,也开启了中华民族伟大复兴的新征程。

向第二个百年奋斗目标进军的号角已经吹响,推进高水平科技自强自立的脚步不能停歇。未来,中国的建设者们还将驾驶着国产大直径盾构机完成芜湖过江隧道、上海轨道交通机场联络线隧道、深江铁路珠江口隧道等超级工程的穿越,一步一步推动着我国由盾构隧道大国向盾构技术强国迈进。“我们的梦想是代表中国走出国门。”孙旭涛称。

(记者 张超文 王璐)