遁地神器“天和一號”
2015-07-03
7月2日10時，天津本土企業(yè)中交天航局控股的中交天和建造的超大型盾構(gòu)機，在南京緯三路隧道南線沖出洞口，伴隨著一陣巨大機器的轟鳴聲，一條長達130米重4758噸“鋼鐵巨龍”從地下“咆哮”而出，只見這個超大型盾構(gòu)機轉(zhuǎn)動著巨大銀光閃閃的刀盤沖破最后一層加固區(qū)，標(biāo)志著南京緯三路過江南北雙線隧道全線勝利貫通。兩條“鋼鐵巨龍”在長江水下最深達70米中匍匐前行，穿越了4000多米被稱為“世界級地質(zhì)博物館”的極其復(fù)雜的混合地質(zhì)層，闖過了一個又一個難關(guān)，經(jīng)過25800多小時終于成功與世人見面，這就是國產(chǎn)首套直徑14.94米泥水氣壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)機孿生“鋼鐵巨龍”的哥哥——“天和一號”。在施工現(xiàn)場的建設(shè)者頓時歡呼雀躍，現(xiàn)場的氣氛剎那間沸騰了，在場的人們共同見證了中國重器獲得重大成功的歷史性時刻。
“天和一號”和“天和號”（已于6月22日出洞）超大型盾構(gòu)機的“雙龍出洞”標(biāo)志著中交天航局控股的中交天和公司建造的國產(chǎn)首套直徑為14.94米泥水氣壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)機成功運用南京長江緯三路隧道工程，這標(biāo)志著中國長江流域工程技術(shù)難度最大、地質(zhì)條件最復(fù)雜、挑戰(zhàn)風(fēng)險最多的穿越江底隧道成功攻克了施工中的難題并取得重大突破，標(biāo)志著國產(chǎn)超大型盾構(gòu)機在軌道交通行業(yè)從此打破了國外技術(shù)設(shè)備壟斷，標(biāo)志著中國交建發(fā)展超大型盾構(gòu)機成為了名副其實的中國重器，開創(chuàng)了國產(chǎn)首套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的超大型盾構(gòu)機在國內(nèi)成功的典范，并成為超大型盾構(gòu)施工領(lǐng)域劃時代的里程碑。
“大國重器”應(yīng)運而生
“中國交通建設(shè)股份有限公司（簡稱中國交建）致力于打造中國及世界地下掘進基礎(chǔ)工程‘重裝利器’，增強交通基礎(chǔ)工程建設(shè)國家核心能力為主旨，積極躋身于橋隧工程的重大裝備研發(fā)制造骨干企業(yè)，在引進汲取國際先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，走集成創(chuàng)新、自主研發(fā)制造的道路，闖過設(shè)計、工藝攻關(guān)，重要設(shè)備、系統(tǒng)的國產(chǎn)化配套，整機制造和精益化系統(tǒng)完善等多重難關(guān)，取得了多項首創(chuàng)成果；‘兩機出洞’，標(biāo)志著我國自主知識產(chǎn)權(quán)的同類型最大的盾構(gòu)機經(jīng)受嚴(yán)酷工況和實際施工的考驗；取得成功，標(biāo)志著我國大孔徑、復(fù)雜技術(shù)的盾構(gòu)機研制上取得重大突破。”中交天和董事長錢獻國介紹說。
筆者了解到，在南京城市總體規(guī)劃的“五橋一隧”之后，南京緯三路過江通道工程成為南京建設(shè)的一項跨江“成網(wǎng)成環(huán)”新的重點工程，這是繼“萬里長江第一隧”——緯七路南京長江隧道之后，又一條南京長江隧道。由于靠南京長江大橋最近，緯三路過江隧道建成后對于緩解、疏導(dǎo)全天候超負荷運轉(zhuǎn)的長江大橋的交通壓力，將起到重要而又積極的作用。緯三路過江隧道設(shè)計為雙管雙層8車道X形隧道，北起南京浦口區(qū)頂山鎮(zhèn)頂山轉(zhuǎn)盤西側(cè)，以隧道形式穿越長江后，南管隧道與定淮門大街順接，北管隧道與揚子江大道順接，穿越長江的南北線盾構(gòu)隧道的總長度為4135米，全長約7.2公里，設(shè)計行車時速80公里，日通行車輛10萬輛，通行能力將是長江大橋的2倍以上，大大緩解過江交通壓力。隧道建設(shè)有利于優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)，提升城市輻射功能，推進兩岸融合互動，也有利于充分利用地下空間，保護南京獨特的人文景觀和生態(tài)環(huán)境，縮短了江南江北的距離，對于實現(xiàn)南京市政府提出的跨江發(fā)展戰(zhàn)略，拉動江北經(jīng)濟快速發(fā)展起到了重要的促進作用。
據(jù)介紹，南京緯三路隧道是目前世界上同類隧道中規(guī)模最大、長度最長、埋深最大、難度最高，地質(zhì)條件最復(fù)雜的過江隧道工程之一，隧道管道直徑為14.5米約5層樓高，實際水壓達0.74兆帕，意味著在深達70米的水下穿越長江，比緯七路還有深5米以上，隧道每平方厘米所承受的水壓高達7.4公斤，比緯七路隧道水壓高約1公斤，相當(dāng)于一瓶礦泉水的底面積上站2個成年人。相比同類隧道中，這是世界上水壓力最高的隧道。英吉利海峽隧道的水壓力也只有0.6兆帕，并且英吉利海峽隧道穿越的全是巖層，透水性很弱，隧道直徑也只有8米多，而緯三路過江通道的隧道直徑達15米，水壓力最高值達0.72兆帕，對管片接縫材料的防水性能提出了更高的要求。
“如果我們不抓住這個機會，將來恐怕永遠沒有機會制造大直徑盾構(gòu)，也永遠沒有自己的業(yè)績了。我們要制造自己品牌的盾構(gòu)機必須要抓住這個機會，我們能夠制造出這個大盾構(gòu)了，就能為我們制造小盾構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，如果我們成功了，不僅可以填補國內(nèi)制造超大型盾構(gòu)機的空白，而且可以打破國外對超大型盾構(gòu)機壟斷市場的神話”。中交天和副董事長史福生說。
2010年，承擔(dān)建造穿越號稱“世界水下地質(zhì)博物館”的南京緯三路隧道的超大型盾構(gòu)機的任務(wù)，就這樣最終落到了中交天和人的肩上。承擔(dān)起超大型盾構(gòu)機的研發(fā)建造，既是中交天和人難得的發(fā)展機遇，更是建造中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“大國重器”的責(zé)任和使命擔(dān)當(dāng)。
真金冶煉“金剛鉆”
當(dāng)被問起建造“天和一號”的背景情況時，中交天和副董事長史福生充滿感慨的說。“那是在2010年，中交天和工廠剛剛開始建設(shè)，不久就開始了“邊建廠，邊投產(chǎn)”研發(fā)設(shè)計超大型盾構(gòu)機，來首先是時間本應(yīng)24個月才能制造出來的產(chǎn)品，由于前期籌備工作耗時很長，留給制造的只有14個月了。然后在設(shè)計參數(shù)和性能上進行了設(shè)計修改并增加了很多特殊要求，我們按照達到技術(shù)要求第一的原則開始了研發(fā)和建造，一路走來，那時真的是經(jīng)過重重考驗才走到現(xiàn)在的，確實克服了很多的困難。”
筆者了解到，在當(dāng)時，中交天和不僅加工結(jié)構(gòu)件的配套設(shè)備不齊全而且廠房也剛剛籌建不久，一邊建廠籌備各種制造設(shè)備和組建設(shè)計研發(fā)技術(shù)團隊，一邊制造為南京緯三路過江隧道量身打造超大型盾構(gòu)機，起點之高和研發(fā)制造難度超乎想象，生產(chǎn)超大型盾構(gòu)機無異于比登天還難。然而，正是在這樣的艱苦條件下，在2010年6月開始啟動了“天和一號”的研制工作，研發(fā)設(shè)計、制造組裝的總共周期僅有短短的14個月。為此，中交天和形成了由55名技術(shù)人員組成的研發(fā)團隊，設(shè)立了技術(shù)研發(fā)中心，集中力量進行技術(shù)攻關(guān)。在設(shè)計研發(fā)期間，由于工期緊，任務(wù)重，時間不等人，面對6700多張設(shè)計圖紙，研發(fā)中心副主任張?zhí)炫e帶領(lǐng)他的設(shè)計團隊一張一張的設(shè)計校對設(shè)計圖紙，每天除了工作，通常只能休息三小時。
如今，中交天和在常熟建成中國目前規(guī)模最大、技術(shù)最新、最前沿的專業(yè)盾構(gòu)機制造基地，已經(jīng)成為中交集團重型裝備制造延伸產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，成為了專業(yè)從事地鐵和隧道用盾構(gòu)機研發(fā)、設(shè)計、制造的企業(yè)。正是因為有這樣的中交天和團隊，在短短5年時間里，取得了令人矚目的成就，目前已擁有較為先進的制造設(shè)備和技術(shù)，具備了年產(chǎn)40臺盾構(gòu)機、5萬噸大型鋼結(jié)構(gòu)的能力，現(xiàn)已成功交付使用了80余臺盾構(gòu)機。完成了秦山核電站用直徑8.28米盾構(gòu)機、北京地鐵用直徑6.14米盾構(gòu)機、杭州地鐵首條雙線貫通隧道用盾構(gòu)機等的制造、交付，客戶評價良好，并為國外客戶制造直徑達16米級的超大型盾構(gòu)機部分構(gòu)件產(chǎn)品。中交天和不僅在國內(nèi)市場打破了外國巨頭的壟斷，還將產(chǎn)品銷往國外。“目前我們40%的訂單都來自日本、新加坡等國外客戶。”中交天和總經(jīng)理高光輝說。
中交天和通過集成創(chuàng)新，自主研制出了以前被國外壟斷的超大型盾構(gòu)機，也成為了國內(nèi)唯一一家能夠設(shè)計制造超大型盾構(gòu)機的企業(yè)。“中交天和在中交集團和天航局支持幫助下取得的成績是顯著的，研發(fā)過程中我們采用了大量新技術(shù)，特別是“天和號”這兩臺超大型的泥水氣壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)機的自主研發(fā)成功，取得了國際首創(chuàng)技術(shù)5項、國家級發(fā)明專利和實用新型專利各9項，并由此獲得了“2013年度江蘇省首臺套重大裝備及關(guān)鍵部件”和“2014年度江蘇省科學(xué)技術(shù)獎一等獎”。
全程全天候“保駕護航”
筆者了解到中交天和不僅制造了“天和一號”，而且還要為這“兄弟倆”全程24小時全天候的“保駕護航”，無論寒暑，三載春秋，每一步前進都需要堅定的信心和頑強的意志經(jīng)受住各種考驗，針對施工使用過程中遇到的難點和瓶頸，敢于挑戰(zhàn)世界級難題，創(chuàng)造了一個個把不可能變?yōu)榭赡艿钠孥E，向著勝利的會師地點的開始了“四千米長征”，一路上最艱難的風(fēng)雨險阻，莫過于一往直前的勇闖這最大的難關(guān)。
中交天和華東區(qū)域項目部承擔(dān)了全程全天候保駕護航“天和一號”的任務(wù)，為提高服務(wù)意識，在日常設(shè)備維護中，做到主動檢查，主動對施工單位進行培訓(xùn)交底，遇到施工問題主動參與討論并提出合理意見。通過這三年的努力，當(dāng)設(shè)備刀具碰到了特殊地質(zhì)，造成施工困難，努力將設(shè)備故障率控制最低化，應(yīng)檢修設(shè)備造成的停機時間控制在2%以內(nèi)，排查處理，現(xiàn)場解決各類故障險情1000余次。
據(jù)了解，2014年2月，在施工過程中，世界首次實現(xiàn)飽和帶壓換刀技術(shù)。自“天和一號”首發(fā)開始進入復(fù)合地層段后，遇到了長達500米的巖層，巖石最高強度達120兆帕，高強度巖石使盾構(gòu)機刀具磨損很厲害，此時，正處于緯三路過江隧道的最深處，承受水壓達0.72兆帕這是目前世界盾構(gòu)工程中遇到的最大水壓。按照以往方法，施工人員需加壓進入工作面換刀，但是，即便是在0.6兆帕氣壓下，一次工作也不能超過40分鐘。為提高效率，必須要創(chuàng)新。項目施工團隊在討論之后決定：將“太空艙”運用到長江隧道中。在氦氧飽和氣體下，地面上設(shè)置一個高壓生活艙，特種作業(yè)人員較長時間生活在高壓下，身體逐步適應(yīng)該環(huán)境。作業(yè)時，將生活艙吊運到長江底隧道中，與高壓泥水艙對接。作業(yè)人員由生活艙進入壓力相同的泥水艙，工作時間就能夠從40分鐘增加到4個多小時，換刀效率是傳統(tǒng)換刀效率的8倍以上。實現(xiàn)飽和帶壓換刀后，平均2小時就可以換一把刀。隧道前面500米軟土區(qū)，掘進僅用了2個多月，而這500米的巖層，“天和一號”在江底耗費了近2年時間。在這2年里，緯三路過江隧道工程采用世界首創(chuàng)的氦氧飽和帶壓換刀法進艙作業(yè)600多次，作業(yè)時間超過2400小時，更換各類刀具1009把，最終成功穿越巖層。通過在施工中不斷改進不斷試驗，終于研制成功飽和換刀搬運對接裝置，并在設(shè)備上實施了全世界第一次飽和換刀工作，大大的縮短了換刀的時間，破解了的世界級難題。
在每一次的遭遇嚴(yán)峻困難的時候，南京緯三路隧道工程的參建各方共同組織專家團隊和科研院所開展科技攻關(guān)，一次次的破解技術(shù)難題，在解決問題中推動科技創(chuàng)新，不斷堅定勇敢應(yīng)對挑戰(zhàn)，用科研的力量和先進的管理力推工程攻堅克難，不斷破解更多的隧道施工的世界級技術(shù)難題。
“我們的兒子，終于回家了”
筆者在中交天和華東區(qū)域項目部了解到，在為“天和一號”兄弟全程全天候“保駕護航”期間，該項目的每個人都是24小時隨時待命，一有情況馬上出動，最多的時候一天要下到隧道施工現(xiàn)場5次往返。早些時候，到施工現(xiàn)場上下隧道全靠步行，隨著掘進里程的增加，為提高往返效率，公司為員工配備了電瓶車，后來路面設(shè)施的逐漸完善，又安排班車往返接送。在現(xiàn)場通常在40至50度的環(huán)境，空氣中的塵土和各種氣體夾雜在一起，帶上防塵口罩進隧道，而且空氣常令人感到窒息，初進隧道的人一般都不適應(yīng)，平均氣溫45度以上，5分鐘內(nèi)還未開始干活，全身已經(jīng)濕透，每個人的臉上、身上像是雨淋一樣，當(dāng)出了隧道，衣服后背都會出現(xiàn)一片白色鹽漬。這是在隧道施工一線的建設(shè)者的真實寫照。
“在2012年的一天，當(dāng)時現(xiàn)已60歲的項目黨支部楊書記，在得知85歲父親生病需要動手術(shù)，在醫(yī)院等著他回來，他原定好車票正準(zhǔn)備回家，這時接到施工現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況的電話通知，他馬上帶著項目的幾名技術(shù)骨干第一時間趕到現(xiàn)場，在順利解決完問題之后已經(jīng)是第三天，他又重新訂車票匆忙的趕回家看望父親。”華中區(qū)域項目主管韓剛說。
“還有一位剛剛畢業(yè)不久的大學(xué)生，負責(zé)電氣設(shè)備的檢修，在現(xiàn)場組裝和全程保駕期間，為及時到現(xiàn)場解決問題，最長連續(xù)14個月堅守在項目部，每天與“天和一號”朝夕相處，三年來，他不斷地學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗，熟悉掌握“天和一號”的電氣設(shè)備原理和構(gòu)造，對每個電氣控制箱，每一條電線電纜的就像熟悉自己的身體一樣。此外，我們項目人員最多的時候有50多人，最少也有20多人，這三年來，通過在“天和一號”的建造、組裝、維護保駕的過程中，我們培養(yǎng)了很多優(yōu)秀的青年技術(shù)骨干，不只是業(yè)務(wù)能力方面，思想覺悟也有很大程度的提高。今年我們項目部計劃培養(yǎng)兩名共產(chǎn)黨員，他就是其中一位。”華中區(qū)域項目黨支部楊書記說。
筆者在采訪時問了每個人一個同樣的問題：“您認(rèn)為誰是最可愛的中交天和人？”每個人都會談到中交天和副董事長史福生。“史福生副董事長從始至終都是對‘天和一號’兄弟感情最深的人，他一直把‘天和一號’兄弟當(dāng)自己的兒子，他也常說‘他們，是我的兒子，也是我們大家的兒子’。每次聽到他這樣說，都能看到那種深深的感情。從建造開始，大家會經(jīng)?？吹剿┲簧砉ぷ鞣髦缐m口罩到車間巡檢，起初，大家還不熟悉這就是史副董事長，后來每個人都特別敬重這位年過60歲的領(lǐng)導(dǎo)，每次看到他到車間或是工地和大家一起探討，大家都是充滿信心的工作，從來都不覺得累。記得在2013年的大年初一，“天和一號”遇到嚴(yán)重困難，遭遇了“切削面塌方和吹穿江底無法掘進”的難題，史副董事長馬上組織技術(shù)保駕團隊和施工方一道解決難題，大年三十已經(jīng)在隧道渡過的他又連續(xù)三天三夜堅守在施工搶險前線，就像守護自己的親人一樣。大家只要看到他在身邊，都會更加信心倍增，努力攻克各個難關(guān)……我覺得他是我們最可愛的天和人。”華中區(qū)域項目部機械安全員曹文彬說。
當(dāng)被問到是否覺得辛苦的時候，每個人都充滿了洋溢的笑容，都會不約而同的說出心中的喜悅：“‘天和一號’兄弟倆，是我們的兒子，終于可以帶他們回家了”。中交天和不僅為施工方提供強有力的全程保駕服務(wù)和和全天候的技術(shù)保障，在推動整個南京緯三路隧道工程中，與同為中交集團的兄弟單位的建設(shè)者一道歷經(jīng)三載春秋，每個人的付出與奉獻，辛勤與汗水，共同鑄就了長江水下的鋼鐵長城，共同成功挑戰(zhàn)了過江隧道的“世界級難題”，克服了盾構(gòu)施工中的重重困難，見證了天和人如同“天和一號”兄弟的“雙龍出洞”一樣勇往直前，不畏艱難的精神，歷史性會銘記這個的成功時刻。
“天和一號”帶給了我們鼓舞，也為我們帶來思索。中交天和以創(chuàng)建民族品牌為己任，他們的腳步不會止步。超大型盾構(gòu)機的研發(fā)工作也促進了中交天和自身實力的增長。“天和一號”兄弟的成功，不僅推動了我國超大型盾構(gòu)機領(lǐng)域國產(chǎn)自主化進程，同時也促進了我國盾構(gòu)機零部件企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，這是我國國產(chǎn)盾構(gòu)機制造史上的一次嶄新突破。成績有目共睹。中交天和以勤勉務(wù)實、踏實付出，通過自主創(chuàng)新的研發(fā)成果打破國外對超大型盾構(gòu)機市場的壟斷。中交天和以一點一滴的技術(shù)創(chuàng)新和鉆研成果為企業(yè)發(fā)展壯大注入著源源不斷的動力。“天和一號”繼承并創(chuàng)新發(fā)展了世界上現(xiàn)有盾構(gòu)機研發(fā)生產(chǎn)的最前沿技術(shù)，為適應(yīng)長江過江隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件、苛刻的施工要求，在挖掘高難度的硬巖層和粘土復(fù)合層及實現(xiàn)泥水氣壓平衡要求等關(guān)鍵技術(shù)難題上實現(xiàn)了一系列重大突破，標(biāo)志著我國復(fù)雜隧道建設(shè)裝備技術(shù)達到世界先進水平。
據(jù)了解，在國家宏觀政策、市場環(huán)境下，未來的中交天和必將依托中國交建強大的技術(shù)實力和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化支持能力，對接中交天航局的發(fā)展戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)隧道和地下空間大開發(fā)的時機，重點進行盾構(gòu)機等的設(shè)計與制造，不斷提高核心競爭力，以高效的管理、優(yōu)良的產(chǎn)品和維修、租賃、售后等全過程服務(wù)，吸引顧客，樹立品牌，全力打造中國最大成套盾構(gòu)設(shè)備供應(yīng)商和系統(tǒng)服務(wù)商。有力的政策利好和巨大的市場空間，為中交天和的發(fā)展提供了難得的機遇和強勁的動力。
