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合地層國際性難題上，在廣州地鐵首創(chuàng)出我國復合盾構(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，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志性工程。當時，已是中鐵隧道集團副總工程師的他擔任項目經(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，并擔任實驗室主任，力促盾構(gòu)產(chǎn)、學、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、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。
