圖為洪開榮介紹盾構(gòu)機(jī)施工原理 秦明攝
“我們科研人員在實(shí)驗(yàn)室就能借助遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)平臺(tái)，為千里之外的項(xiàng)目施工‘會(huì)診’，幫助現(xiàn)場(chǎng)解決施工難題，”中國(guó)中鐵隧道集團(tuán)總工程師、盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任洪開榮日前接受采訪時(shí)自豪地說(shuō)。
從引進(jìn)吸收到自主創(chuàng)新，從中國(guó)制造到中國(guó)創(chuàng)造，從領(lǐng)先國(guó)內(nèi)到享譽(yù)世界，洪開榮領(lǐng)銜的盾構(gòu)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十余年的積累和發(fā)展，引領(lǐng)我國(guó)盾構(gòu)整體水平躍上世界行業(yè)之巔。
初識(shí)盾構(gòu)，一鳴驚人
21世紀(jì)初，我國(guó)地下工程施工大量采用盾構(gòu)機(jī)施工。尤其是廣州地鐵2號(hào)線在國(guó)內(nèi)率先大規(guī)模采用盾構(gòu)施工。
但使用進(jìn)口的“洋盾構(gòu)”不但價(jià)格昂貴，而且“水土不服”，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題一籌莫展，只有國(guó)外廠家才能解決，不但耗時(shí)長(zhǎng)且費(fèi)用高，而且受制于人，制約著我國(guó)隧道建設(shè)進(jìn)程。
以中鐵隧道集團(tuán)為代表的中國(guó)盾構(gòu)科研團(tuán)隊(duì)不斷鉆研，借助在西康鐵路秦嶺隧道掌握的全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)，很快就熟悉和掌握盾構(gòu)機(jī)的使用，并不斷取得突破。
洪開榮是盾構(gòu)科技創(chuàng)新的代表，負(fù)責(zé)廣州地鐵2號(hào)線越三區(qū)間施工技術(shù)管理及科研工作。期間，初期進(jìn)口盾構(gòu)機(jī)經(jīng)常抓不牢管片，總是掉下來(lái)。有人建議更換新的抓取設(shè)備，但需要花費(fèi)300多萬(wàn)元。洪開榮經(jīng)過(guò)深入細(xì)致分析及論證，提出調(diào)整參數(shù)的解決方案，但外方代表根本不相信中國(guó)人的能力，堅(jiān)決不同意。
“是裹足不前，還是創(chuàng)新突破？”洪開榮毅然選擇了后者，已是高級(jí)工程師的他自信地說(shuō)道：“你們調(diào)整參數(shù)，我到下面去，要傷就傷我吧！”洪開榮從容地走入現(xiàn)場(chǎng)，這時(shí)他頭頂上方是3噸多重的管片，周圍是一片驚異的目光。經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，洪開榮提出的調(diào)整參數(shù)方案獲得多方的認(rèn)可，成功破解了盾構(gòu)機(jī)抓不牢管片的技術(shù)難題。
洪開榮率領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)在面對(duì)軟硬不均復(fù)合地層國(guó)際性難題上，在廣州地鐵首創(chuàng)出我國(guó)復(fù)合盾構(gòu)隧道施工法，解決了軟硬不均地層隧道盾構(gòu)施工的關(guān)鍵性技術(shù)難題，并由此創(chuàng)造了盾構(gòu)單機(jī)月均掘進(jìn)331.5米、最高月掘進(jìn)562.5米的速度，刷新了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外類似工程施工最高紀(jì)錄。該成果獲2006年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，廣泛應(yīng)用到廣州、深圳、北京、成都等城市地鐵建設(shè)中，極大提高了我國(guó)隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)水平，產(chǎn)生了廣泛的社會(huì)效益。
造中國(guó)盾構(gòu)，超越洋品牌
在引進(jìn)洋盾構(gòu)的同時(shí)，國(guó)家科技部將盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與研制列入國(guó)家863計(jì)劃課題，以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)的目標(biāo)，提升我國(guó)裝備制造水平。
從2002年開始，中鐵隧道集團(tuán)在以往盾構(gòu)研發(fā)的基礎(chǔ)上，以國(guó)家863計(jì)劃為依托，開始著手盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的自主研發(fā)，在盾構(gòu)刀盤刀具研制及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面取得突破。十年磨一劍。2008年4月，國(guó)內(nèi)首臺(tái)自主設(shè)計(jì)制造的“中國(guó)中鐵”號(hào)盾構(gòu)下線，從此國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)掀開了新的篇章。
洪開榮介紹，當(dāng)時(shí)很多人對(duì)洋品牌偏愛(ài)，而對(duì)中國(guó)制造的盾構(gòu)持懷疑態(tài)度。“中鐵人”以超乎常人的魄力將這臺(tái)盾構(gòu)運(yùn)用于天津地鐵3號(hào)線，成功穿越了瓷房子、渤海大樓等對(duì)地層沉降近乎苛刻的標(biāo)志性建筑，地面建筑完好無(wú)損。中國(guó)中鐵號(hào)盾構(gòu)整機(jī)性能達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
堅(jiān)持研發(fā)設(shè)計(jì)與施工生產(chǎn)緊密結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)反饋和產(chǎn)品性能優(yōu)化良性互動(dòng)，洪開榮率領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將973課題“基于高效破巖的盾構(gòu)刀盤刀具數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究”的研究任務(wù)融入重慶地鐵六號(hào)線盾構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與施工應(yīng)用全過(guò)程。
洪開榮率領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)用兩年時(shí)間自主研制了直徑2米、刀間距可調(diào)的回轉(zhuǎn)式盾構(gòu)刀具巖機(jī)作用綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)；開發(fā)了刀盤數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，帶動(dòng)了自主設(shè)計(jì)制造盾構(gòu)主機(jī)和關(guān)鍵部件產(chǎn)品的創(chuàng)新。最終9臺(tái)自主制造的盾構(gòu)如期出現(xiàn)在重慶地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)，改變了“洋盾構(gòu)”壟斷中國(guó)市場(chǎng)的局面。
正是10多年堅(jiān)持不懈的技術(shù)積累，洪開榮率領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)不僅能自主研發(fā)生產(chǎn)盾構(gòu)，而且敢于對(duì)“洋品牌”動(dòng)手術(shù)。2011年，甘肅隴中引洮供水工程施工進(jìn)入到了最為關(guān)鍵的時(shí)期，“洋盾構(gòu)”因?yàn)椴贿m應(yīng)地質(zhì)條件而卡盾停機(jī)，國(guó)外廠商面對(duì)問(wèn)題束手無(wú)策。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在最短的時(shí)間內(nèi)完成了對(duì)“洋盾構(gòu)”的診斷，只用3個(gè)月就完成了再制造，整機(jī)性能極大提升，創(chuàng)造出月掘進(jìn)1868米的世界紀(jì)錄，連續(xù)8個(gè)月均超千米的掘進(jìn)。
穿江越洋，加速盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
“平步跨高山，談笑越江海。”洪開榮認(rèn)為，隧道從大江大河甚至海底下面穿越已不再是夢(mèng)想，特別是沿江沿海地區(qū)，城市空間非常有限，而隧道出入口占地少、不擾民，優(yōu)勢(shì)很大。因此，向地下和水下空間開發(fā)將是必然趨勢(shì)。
廣（州）深（圳）（香）港高鐵獅子洋隧道是隧道施工穿江越洋的標(biāo)志性工程。當(dāng)時(shí)，已是中鐵隧道集團(tuán)副總工程師的他擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理，施工期間帶領(lǐng)科研人員對(duì)盾構(gòu)刀盤刀具、推進(jìn)和驅(qū)動(dòng)等子系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使得各系統(tǒng)故障率顯著降低，逐一攻克了600米江底裂隙發(fā)育段等12項(xiàng)重大危險(xiǎn)源，破解了盾構(gòu)“江底掘進(jìn)、相向掘進(jìn)、地中對(duì)接”難題，有力地推動(dòng)了我國(guó)長(zhǎng)大水下與海底隧道的建設(shè)和發(fā)展。
為了加速我國(guó)盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，打造完整的盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈，洪開榮于2010年?duì)款^籌建盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，并擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任，力促盾構(gòu)產(chǎn)、學(xué)、研、用的緊密結(jié)合。
基于長(zhǎng)期積累，洪開榮帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)積極承擔(dān)國(guó)家盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域重大課題攻關(guān)并取得顯著成果，其中“盾構(gòu)裝備自主設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”獲得2012年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，并入選2013年國(guó)家“創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃——重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”，獲得2014年“第五屆全國(guó)專業(yè)技術(shù)人才先進(jìn)集體”稱號(hào)。他還主持了《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》等多項(xiàng)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制。
“失穩(wěn)、失準(zhǔn)和失效三大問(wèn)題是長(zhǎng)期困擾盾構(gòu)施工行業(yè)的國(guó)際難題，通過(guò)持續(xù)多年的產(chǎn)、學(xué)、研合作，目前我們實(shí)現(xiàn)了這三大突破！”洪開榮介紹。
為加快信息化與工業(yè)化深度融合，提高盾構(gòu)制造數(shù)字化與控制智能化水平，洪開榮帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)等11個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并投入使用，為北京直徑線地下鐵路、長(zhǎng)株潭城際鐵路、重慶地鐵6號(hào)線和國(guó)家“973”、“863”項(xiàng)目的研究發(fā)揮了重大作用。
隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，島與島之間、島與大陸之間、海峽之間的海底隧道連接越來(lái)越多，越來(lái)越重要。這些為盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化提供了廣闊的發(fā)展空間。“人在地上走，車在地下行。江河湖海任我游，島峽相連新大陸。這是隧道科技未來(lái)使命之所在。”洪開榮自豪地說(shuō)。
大膽創(chuàng)新理念，助力規(guī)劃設(shè)計(jì)水平
2015年4月21日，長(zhǎng)（沙）株（洲）（湘）潭城際鐵路“橋改隧”方案經(jīng)過(guò)一年多的反復(fù)論證后開始全面實(shí)施。
長(zhǎng)株潭城際鐵路線路全長(zhǎng)95.5公里，是連接長(zhǎng)沙、株洲、湘潭城市群的城際快速鐵路，建成后長(zhǎng)株潭三市之間互通交通時(shí)間將縮短為30分鐘以內(nèi)。
中鐵隧道集團(tuán)承建的一標(biāo)段長(zhǎng)沙站至德雅村段線路位于長(zhǎng)沙市中心城區(qū)，原設(shè)計(jì)以橋梁方式跨越長(zhǎng)沙站北端三湘南湖大市場(chǎng)及德雅村，商業(yè)及居住房拆遷量巨大，征地拆遷成本高，并且市場(chǎng)搬遷及村民安置也是個(gè)難題。
洪開榮兼任長(zhǎng)株潭城鐵一標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理，根據(jù)豐富的施工經(jīng)驗(yàn)提出了“橋改隧”方案，得到了長(zhǎng)沙市政府、廣鐵集團(tuán)及鐵四院的積極響應(yīng)和大力支持。
“新方案下穿三湘南湖大市場(chǎng)，4次下穿京廣鐵路及聯(lián)絡(luò)線，安全風(fēng)險(xiǎn)和施工難度非常大，給盾構(gòu)施工帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。盾構(gòu)掘進(jìn)就像在刀尖上舞蹈，甚至比穿越湘江更難，必須小心翼翼。”
據(jù)了解，該項(xiàng)創(chuàng)新建議方案可大量減少房屋拆遷160萬(wàn)平方米，節(jié)約用地1211.9畝，直接減少工程征拆投資11.228億元，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)城市區(qū)域的整體規(guī)劃與發(fā)展具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
洪開榮介紹，只有敢于破除經(jīng)驗(yàn)主義，勇于理念創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)施工與設(shè)計(jì)的互動(dòng)，才能推動(dòng)我國(guó)市政工程建設(shè)向國(guó)際水準(zhǔn)看齊。
2011年10月底，長(zhǎng)沙營(yíng)盤路湘江隧道建成通車。洪開榮率領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)打破了“一條隧道兩個(gè)口”的傳統(tǒng)隧道設(shè)計(jì)，首次成功將立交橋搬到了水下。除南北滿足雙向4車道通行的主線外，湘江東西岸還各設(shè)了一進(jìn)一出兩條滿足單向雙車道的匝道，出入口分別在湘江大道和瀟湘大道上。
施工過(guò)程中，長(zhǎng)沙營(yíng)盤路湘江隧道8次穿越湘江大堤，8次穿越斷層破碎帶，施工難度、技術(shù)含量、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在目前國(guó)內(nèi)水下礦山法隧道設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中極為罕見(jiàn)。中鐵隧道集團(tuán)建設(shè)者破解了一個(gè)又一個(gè)困難。
洪開榮介紹，“超淺埋水下立交”設(shè)計(jì)新理念，不僅最大限度保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，而且共節(jié)約用地200多畝，節(jié)省成本超過(guò)1億元，為解決城市交通擁堵提供了一種重要交通建設(shè)模式。
