圖為洪開榮介紹盾構(gòu)機施工原理 秦明攝
“我們科研人員在實驗室就能借助遠程故障診斷系統(tǒng)平臺，為千里之外的項目施工‘會診’，幫助現(xiàn)場解決施工難題，”中國中鐵隧道集團總工程師、盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室主任洪開榮日前接受采訪時自豪地說。
從引進吸收到自主創(chuàng)新，從中國制造到中國創(chuàng)造，從領(lǐng)先國內(nèi)到享譽世界，洪開榮領(lǐng)銜的盾構(gòu)創(chuàng)新團隊經(jīng)過十余年的積累和發(fā)展，引領(lǐng)我國盾構(gòu)整體水平躍上世界行業(yè)之巔。
初識盾構(gòu)，一鳴驚人
21世紀初，我國地下工程施工大量采用盾構(gòu)機施工。尤其是廣州地鐵2號線在國內(nèi)率先大規(guī)模采用盾構(gòu)施工。
但使用進口的“洋盾構(gòu)”不但價格昂貴，而且“水土不服”，現(xiàn)場人員對出現(xiàn)的問題一籌莫展，只有國外廠家才能解決，不但耗時長且費用高，而且受制于人，制約著我國隧道建設(shè)進程。
以中鐵隧道集團為代表的中國盾構(gòu)科研團隊不斷鉆研，借助在西康鐵路秦嶺隧道掌握的全斷面硬巖隧道掘進機技術(shù)，很快就熟悉和掌握盾構(gòu)機的使用，并不斷取得突破。
洪開榮是盾構(gòu)科技創(chuàng)新的代表，負責(zé)廣州地鐵2號線越三區(qū)間施工技術(shù)管理及科研工作。期間，初期進口盾構(gòu)機經(jīng)常抓不牢管片，總是掉下來。有人建議更換新的抓取設(shè)備，但需要花費300多萬元。洪開榮經(jīng)過深入細致分析及論證，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人的能力，堅決不同意。
“是裹足不前，還是創(chuàng)新突破？”洪開榮毅然選擇了后者，已是高級工程師的他自信地說道：“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，這時他頭頂上方是3噸多重的管片，周圍是一片驚異的目光。經(jīng)過多次驗證，洪開榮提出的調(diào)整參數(shù)方案獲得多方的認可，成功破解了盾構(gòu)機抓不牢管片的技術(shù)難題。
洪開榮率領(lǐng)他的團隊在面對軟硬不均復(fù)合地層國際性難題上，在廣州地鐵首創(chuàng)出我國復(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)單機月均掘進331.5米、最高月掘進562.5米的速度，刷新了當(dāng)時國內(nèi)外類似工程施工最高紀錄。該成果獲2006年國家科技進步二等獎，廣泛應(yīng)用到廣州、深圳、北京、成都等城市地鐵建設(shè)中，極大提高了我國隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)水平，產(chǎn)生了廣泛的社會效益。
造中國盾構(gòu)，超越洋品牌
在引進洋盾構(gòu)的同時，國家科技部將盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與研制列入國家863計劃課題，以實現(xiàn)國產(chǎn)盾構(gòu)的目標(biāo)，提升我國裝備制造水平。
從2002年開始，中鐵隧道集團在以往盾構(gòu)研發(fā)的基礎(chǔ)上，以國家863計劃為依托，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)計等方面取得突破。十年磨一劍。2008年4月，國內(nèi)首臺自主設(shè)計制造的“中國中鐵”號盾構(gòu)下線，從此國產(chǎn)盾構(gòu)掀開了新的篇章。
洪開榮介紹，當(dāng)時很多人對洋品牌偏愛，而對中國制造的盾構(gòu)持懷疑態(tài)度。“中鐵人”以超乎常人的魄力將這臺盾構(gòu)運用于天津地鐵3號線，成功穿越了瓷房子、渤海大樓等對地層沉降近乎苛刻的標(biāo)志性建筑，地面建筑完好無損。中國中鐵號盾構(gòu)整機性能達到國內(nèi)先進水平，多項關(guān)鍵技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。
堅持研發(fā)設(shè)計與施工生產(chǎn)緊密結(jié)合，現(xiàn)場數(shù)據(jù)反饋和產(chǎn)品性能優(yōu)化良性互動，洪開榮率領(lǐng)創(chuàng)新團隊將973課題“基于高效破巖的盾構(gòu)刀盤刀具數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)研究”的研究任務(wù)融入重慶地鐵六號線盾構(gòu)設(shè)計、制造與施工應(yīng)用全過程。
洪開榮率領(lǐng)研發(fā)團隊用兩年時間自主研制了直徑2米、刀間距可調(diào)的回轉(zhuǎn)式盾構(gòu)刀具巖機作用綜合實驗臺；開發(fā)了刀盤數(shù)字化設(shè)計軟件，帶動了自主設(shè)計制造盾構(gòu)主機和關(guān)鍵部件產(chǎn)品的創(chuàng)新。最終9臺自主制造的盾構(gòu)如期出現(xiàn)在重慶地鐵施工現(xiàn)場，改變了“洋盾構(gòu)”壟斷中國市場的局面。
正是10多年堅持不懈的技術(shù)積累，洪開榮率領(lǐng)創(chuàng)新團隊不僅能自主研發(fā)生產(chǎn)盾構(gòu)，而且敢于對“洋品牌”動手術(shù)。2011年，甘肅隴中引洮供水工程施工進入到了最為關(guān)鍵的時期，“洋盾構(gòu)”因為不適應(yīng)地質(zhì)條件而卡盾停機，國外廠商面對問題束手無策。創(chuàng)新團隊在最短的時間內(nèi)完成了對“洋盾構(gòu)”的診斷，只用3個月就完成了再制造，整機性能極大提升，創(chuàng)造出月掘進1868米的世界紀錄，連續(xù)8個月均超千米的掘進。
穿江越洋，加速盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化進程
“平步跨高山，談笑越江海。”洪開榮認為，隧道從大江大河甚至海底下面穿越已不再是夢想，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)勢很大。因此，向地下和水下空間開發(fā)將是必然趨勢。
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，已是中鐵隧道集團副總工程師的他擔(dān)任項目經(jīng)理，施工期間帶領(lǐng)科研人員對盾構(gòu)刀盤刀具、推進和驅(qū)動等子系統(tǒng)進行改進，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項重大危險源，破解了盾構(gòu)“江底掘進、相向掘進、地中對接”難題，有力地推動了我國長大水下與海底隧道的建設(shè)和發(fā)展。
為了加速我國盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化進程，打造完整的盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈，洪開榮于2010年牽頭籌建盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室，并擔(dān)任實驗室主任，力促盾構(gòu)產(chǎn)、學(xué)、研、用的緊密結(jié)合。
基于長期積累，洪開榮帶領(lǐng)創(chuàng)新團隊積極承擔(dān)國家盾構(gòu)及掘進技術(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)計制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”獲得2012年度國家科技進步一等獎，并入選2013年國家“創(chuàng)新人才推進計劃——重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊”，獲得2014年“第五屆全國專業(yè)技術(shù)人才先進集體”稱號。他還主持了《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》等多項國家、行業(yè)標(biāo)準的編制。
“失穩(wěn)、失準和失效三大問題是長期困擾盾構(gòu)施工行業(yè)的國際難題，通過持續(xù)多年的產(chǎn)、學(xué)、研合作，目前我們實現(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)新團隊構(gòu)建了遠程故障診斷系統(tǒng)等11個實驗平臺并投入使用，為北京直徑線地下鐵路、長株潭城際鐵路、重慶地鐵6號線和國家“973”、“863”項目的研究發(fā)揮了重大作用。
隨著經(jīng)濟和社會的飛速發(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越多，越來越重要。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。這是隧道科技未來使命之所在。”洪開榮自豪地說。
大膽創(chuàng)新理念，助力規(guī)劃設(shè)計水平
2015年4月21日，長（沙）株（洲）（湘）潭城際鐵路“橋改隧”方案經(jīng)過一年多的反復(fù)論證后開始全面實施。
長株潭城際鐵路線路全長95.5公里，是連接長沙、株洲、湘潭城市群的城際快速鐵路，建成后長株潭三市之間互通交通時間將縮短為30分鐘以內(nèi)。
中鐵隧道集團承建的一標(biāo)段長沙站至德雅村段線路位于長沙市中心城區(qū)，原設(shè)計以橋梁方式跨越長沙站北端三湘南湖大市場及德雅村，商業(yè)及居住房拆遷量巨大，征地拆遷成本高，并且市場搬遷及村民安置也是個難題。
洪開榮兼任長株潭城鐵一標(biāo)段項目經(jīng)理，根據(jù)豐富的施工經(jīng)驗提出了“橋改隧”方案，得到了長沙市政府、廣鐵集團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，4次下穿京廣鐵路及聯(lián)絡(luò)線，安全風(fēng)險和施工難度非常大，給盾構(gòu)施工帶來了很大挑戰(zhàn)。盾構(gòu)掘進就像在刀尖上舞蹈，甚至比穿越湘江更難，必須小心翼翼。”
據(jù)了解，該項創(chuàng)新建議方案可大量減少房屋拆遷160萬平方米，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)濟效益和社會效益，對城市區(qū)域的整體規(guī)劃與發(fā)展具有明顯的優(yōu)勢。
洪開榮介紹，只有敢于破除經(jīng)驗主義，勇于理念創(chuàng)新，實現(xiàn)施工與設(shè)計的互動，才能推動我國市政工程建設(shè)向國際水準看齊。
2011年10月底，長沙營盤路湘江隧道建成通車。洪開榮率領(lǐng)創(chuàng)新團隊打破了“一條隧道兩個口”的傳統(tǒng)隧道設(shè)計，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。
施工過程中，長沙營盤路湘江隧道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)險系數(shù)在目前國內(nèi)水下礦山法隧道設(shè)計和建設(shè)過程中極為罕見。中鐵隧道集團建設(shè)者破解了一個又一個困難。
洪開榮介紹，“超淺埋水下立交”設(shè)計新理念，不僅最大限度保護了生態(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。
