“陽明號”類矩形盾構(gòu)機施工現(xiàn)場。

2015年11月，慶?！瓣柮魈枴眲倮及l(fā)。

軌道交通列車進站。

“具有較好的實操性和可推廣性?！鼻叭眨袊鴰r石力學(xué)與工程學(xué)會在寧波舉行“類矩形盾構(gòu)法隧道裝備、設(shè)計和施工關(guān)鍵技術(shù)及推廣應(yīng)用”科技成果評價會，何滿潮、劉加平、周創(chuàng)兵等“兩院”院士和數(shù)十位國內(nèi)外專家學(xué)者，對該技術(shù)展開成果評價。

十年沉淀，成就今天。

2015年，作為我國首臺自主研發(fā)、世界上最大斷面類矩形盾構(gòu)機，“陽明號”在寧波一經(jīng)問世就引發(fā)極大關(guān)注。

一組數(shù)字，記錄十年歷程，刻印進步足跡——

“陽明號”從無到有、從有到優(yōu)，從優(yōu)到強，經(jīng)過6次迭代升級，技術(shù)功效達到國際領(lǐng)先水平，破解了城市核心區(qū)和舊城區(qū)“放不下”“碰不得”難題；

“陽明號”在寧波誕生，之后去杭州、赴鄭州，自如“游”走在不同地質(zhì)條件的應(yīng)用場景，至今已成功應(yīng)用于國內(nèi)10條地鐵線路，在更大范圍內(nèi)向“難”掘進；

“陽明號”科技創(chuàng)新碩果累累，獲批42項發(fā)明及實用新型專利、5項軟件著作權(quán)，發(fā)表相關(guān)論文130余篇。

一個新構(gòu)想

“雙線一次成型，能不能做到？”

寧波軌道交通4號線，起于江北慈城，穿過海曙老城區(qū)，止于東錢湖。正是這條地鐵線催生了類矩形盾構(gòu)機。

“4號線部分區(qū)間隧道位于老城區(qū)狹窄道路下方，道路寬度僅14米，且交通繁忙、兩側(cè)民房密集，用傳統(tǒng)的兩條圓形隧道盾構(gòu)施工，隧道施工影響寬度將達24米，安全風(fēng)險大，需要大量拆遷。”寧波市軌道交通集團建設(shè)分公司副總經(jīng)理黃毅說。

其實，受困的又何止軌道交通4號線。隨著城市快速發(fā)展，核心區(qū)和舊城區(qū)地下可利用空間越來越少，地下空間開發(fā)面臨著“放不下”“碰不得”等難點、痛點。

“放不下”——城市地下空間涵蓋了地鐵、隧道、管廊等，空間資源有限，加之老城區(qū)道路狹窄，無法適應(yīng)傳統(tǒng)盾構(gòu)施工要求。所以，運用“節(jié)約型”開發(fā)方式迫在眉睫。

“碰不得”——城市核心區(qū)和舊城區(qū)內(nèi)居民區(qū)密集，“開膛破肚”式大拆大建問題突出，運用“微創(chuàng)手術(shù)”式開發(fā)手段勢在必行。

如何“螺螄殼里做道場”？

“把兩個盾構(gòu)隧道合并到一起，雙線一次成型，能不能做到？”2014年夏天，寧波市軌道交通集團提出前瞻性設(shè)想，希望把解決一個問題，變?yōu)槠平庖活悊栴}，從而破解老城區(qū)、核心區(qū)小空間施工難題。

當(dāng)時，負責(zé)施工的上海隧道工程有限公司給出方案：采用雙圓盾構(gòu)機掘進。此前，雙圓盾構(gòu)機曾成功掘進上海地鐵6號線、8號線。

然而，一星期后，這個方案被推翻了。寧波市軌道交通集團深入調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，雙圓盾構(gòu)機在日本曾經(jīng)用過，但實際效果一般，故后來就沒再用了。

“我們要用最先進的”。于是，類矩形盾構(gòu)機進入了大家的視野。

與傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)機相比，這種似圓而方的類矩形盾構(gòu)機，空間利用率高、占用地下空間少、對周邊土壤擾動少，可以緩解人流密集城區(qū)地下空間建設(shè)的“老大難”問題。

一個聯(lián)合體

首創(chuàng)科研、設(shè)計、施工一體化招標模式

盾構(gòu)機，是目前世界上最先進的隧道掘進裝備，被譽為“工程機械之王”，其技術(shù)水平是衡量一個國家地下施工裝備制造水平的重要標志。當(dāng)時，類矩形盾構(gòu)機在國內(nèi)尚屬空白。日本雖有該產(chǎn)品，卻對中國禁售，且核心技術(shù)處于封鎖狀態(tài)。

“不賣給我們，那就自己搞。”創(chuàng)新，從來都是“九死一生”，尤其是類矩形盾構(gòu)機這種高端設(shè)備，技術(shù)極其復(fù)雜，要求極高。一旦失敗了，怎么辦？

重大科技創(chuàng)新，首先是理念、模式、制度的創(chuàng)新。作為第一個“吃螃蟹”的，寧波市軌道交通集團以巨大的勇氣和擔(dān)當(dāng)，作出一系列創(chuàng)新之舉——

2015年初，經(jīng)過大量調(diào)研和半年籌劃，寧波市軌道交通集團開出一個非常獨特的“標”，在全國開創(chuàng)先河?！疤亍本汀疤亍痹诖舜握袠瞬恢皇钦心骋患覇挝唬鞘讋?chuàng)科研、設(shè)計、施工一體化招標模式。

“在業(yè)主單位牽頭下，整合各方資源，實現(xiàn)從裝備研發(fā)入手，打破設(shè)計、施工、裝備制造之間的行業(yè)隔閡，從而推動我國地下工程技術(shù)邁向領(lǐng)先地位。”上海隧道工程有限公司有關(guān)負責(zé)人說。

投入巨大研發(fā)經(jīng)費，購買重大技術(shù)裝備保險，享受技術(shù)市外推廣受益權(quán)……在“風(fēng)險共擔(dān)、利益共享”原則下，科研、設(shè)計、施工三方埋頭搞研發(fā)，攻克“圓”改“矩”的難關(guān)。在解決刀盤切削、盾構(gòu)轉(zhuǎn)身、管片拼裝等一系列難題之后，第一臺自主研發(fā)的類矩形盾構(gòu)機僅用8個月時間就順利下線。

“在沒有先例可參考的條件下，從開始研發(fā)到產(chǎn)品下線，8個月就造出一個新盾構(gòu)機，這在盾構(gòu)機建造史上是絕無僅有的?！秉S毅感慨道。

上海隧道工程有限公司總工程師朱雁飛認為，8個月研發(fā)一臺新的盾構(gòu)機，意味著“我們終于找到了一條路——科研、設(shè)計、施工一體化模式”。

一臺新機器

“國內(nèi)自主研發(fā)”“世界最大斷面”

“斷面寬11.83米，高7.27米；機器重720噸，長68米?！?015年11月30日，寧波軌道交通3號線一期工程現(xiàn)場，這臺國內(nèi)自主研發(fā)、世界最大斷面的類矩形盾構(gòu)機一經(jīng)亮相，就驚艷四方。

這臺“方腦袋”盾構(gòu)機，頭部“一橫一豎”裝有兩個“X”形刀盤，后方還有一個“I”形刀盤，讓人眼睛一亮。

一系列“首創(chuàng)”實現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先——

刀盤系統(tǒng)，首創(chuàng)“雙X同面+偏心多軸”模式，可100%精準實現(xiàn)斷面切削，邊邊角角都能“照顧”到。

拼裝系統(tǒng)，首創(chuàng)串聯(lián)環(huán)臂式，適應(yīng)在狹窄和多局限空間完成管片和中立柱拼裝，突破現(xiàn)有平裝機在這一領(lǐng)域的作業(yè)瓶頸。

鉸鏈密封系統(tǒng)，首創(chuàng)施工同步可更換壓密量可調(diào)模式，大幅提高隧道工程密封質(zhì)量安全性及效率?！霸趹?yīng)用上，適用道路狹窄、建筑密集的淺層地下空間開發(fā)，實現(xiàn)‘微創(chuàng)手術(shù)’式掘進；在操控感覺上相當(dāng)于從手動擋升級為自動擋，更精準智能?！鄙虾Ｋ淼拦こ逃邢薰維G6113標項目部盾構(gòu)經(jīng)理、曾操作過多款盾構(gòu)機的紀慶幸說。

從3號線試驗段起步，“陽明號”開啟“全城挖”模式，同時不斷升級優(yōu)化，持續(xù)推出“新版本”。

2016年11月，3號線陳婆渡段，第一條類矩形盾構(gòu)隧道貫通；2017年6月，進入4號線，正式在老城區(qū)狹窄道路下、密集居民區(qū)旁，連續(xù)進行S形曲線施工；2017年10月，在4號線東錢湖段，首次實現(xiàn)淺覆土施工，在距地面僅2.5米的地下成功接收；2018年4月，4號線東錢湖段，無立柱襯砌試驗一舉成功；2021年6月，首次完成類矩形頂管/盾構(gòu)模式轉(zhuǎn)換……

從整體刀盤系統(tǒng)，到出土系統(tǒng)，再到頂/盾一體施工技術(shù)，10年來，“陽明號”在不同地質(zhì)條件、不同場景中被成功應(yīng)用，并不斷優(yōu)化提升，從“陽明號V1.0”迭代升級至“陽明號V6.0”，每日推進工效從日均3.5環(huán)提升至日均10環(huán)，最高達13環(huán)，技術(shù)水平持續(xù)提升。

一堆新成果

5項省部級科技進步獎

2019年9月，上海，第21屆中國國際工業(yè)博覽會?！瓣柮魈枴比珨嗝媲邢黝惥匦味軜?gòu)掘進機脫穎而出，榮獲“中國國際工業(yè)博覽會大獎”。

“盾構(gòu)機很多，全世界有一兩千臺，但絕大多數(shù)是圓形的。根據(jù)我們掌握的數(shù)據(jù)，非圓形盾構(gòu)機全世界有21臺，其中4臺在中國。”在當(dāng)年的新聞通氣會上，朱雁飛曾自豪滿滿地介紹，“而類矩形盾構(gòu)機僅有兩臺，都是我們的?！?/p>

大約兩個月后，這臺特殊的“鋼鐵穿山甲”就開進了杭州?！芭聿赫尽魍谵D(zhuǎn)換井是杭州地鐵4號線攻堅段，地質(zhì)條件復(fù)雜，在復(fù)雜地層中，要跨過既有運營線路和穿過河流，且面臨小半徑曲線施工等難題，工程施工面臨不小的挑戰(zhàn)?！鄙虾Ｋ淼拦こ逃邢薰居嘘P(guān)人員介紹，最終“陽明號”不辱使命，在杭州黏土層中順利推進，最快達到每日6環(huán)，體現(xiàn)了類矩形盾構(gòu)機的超強地層適應(yīng)性。

一年多后，杭州地鐵首條類矩形盾構(gòu)隧道順利貫通，“陽明號”在杭州“首秀”獲得成功。

2022年，繼杭州后，“陽明號”又遠赴鄭州，首次在全斷面砂性地層施工，成功下穿眾多市政管線，實現(xiàn)長距離水平側(cè)穿地鐵運營隧道。

“陽明號”類矩形盾構(gòu)機下線以來，已成功應(yīng)用于寧波軌道交通3號線、4號線、5號線一期、6號線一期、7號線、8號線，以及鄭州地鐵8號線、杭州地鐵4號線、杭州地鐵9號線等工程中。

不僅如此，經(jīng)過10年的研發(fā)應(yīng)用，類矩形盾構(gòu)技術(shù)還取得了多項創(chuàng)新成果：獲得省部級科技進步獎5項；獲批發(fā)明及實用新型專利42項、軟件著作權(quán)5項；發(fā)表相關(guān)論文130余篇，其中SCI、EI收錄41篇……

“10年，只是一個階段，并非終點?！秉S毅說，“我們將放眼未來，以永不停歇的精神，持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新、更新迭代，推動‘陽明號’類矩形盾構(gòu)機保持國際領(lǐng)先地位，為破解地鐵施工難題貢獻寧波力量?！?/p>