全球最大斷面類矩形盾構隧道在甬貫通
2016-11-12
（原標題：全球最大斷面類矩形盾構隧道在甬貫通）
11月11日上午10時30分，伴隨著幾陣轟鳴，“陽明號”盾構機巨大的雙刀盤緩緩破土而出，寧波軌道交通3號線出入段線工程貫通。
這條長420米的隧道，書寫了中國乃至世界地鐵史——國內第一條城市軌道交通類矩形盾構隧道、目前世界上最大斷面類矩形盾構隧道。
類矩形盾構隧道有什么特殊？記者在現(xiàn)場看到，整個隧道整體呈現(xiàn)矩形，四個頂角為弧形。要知道，一般地下空間盾構隧道通常是兩個圓形隧道。
“兩個圓隧上下左右空間浪費比較大，類矩形盾構機挖掘的隧道空間使用率提升35%以上。”上海隧道工程有限公司副總工程師黃德中說，而且矩形隧道埋深相對淺，從推進效率、造價成本，還是就車輛通行而言，都有不小的優(yōu)勢。
挖掘這條“特牛”隧道的盾構機，有個好聽的名字“陽明號”，更有豐富的內涵：它是我國首臺城市軌道交通類矩形盾構機，由寧波軌道交通與上海隧道共同研發(fā)。目前，該技術已申請國家發(fā)明專利37項，軟件著作權5項，國內外重要核心期刊發(fā)表論文48篇。
眼前的”陽明號“是個”巨無霸“，機頭近10.5米，配套臺車5節(jié)共達59米。
與一般圓形盾構機前面只有一個大刀盤不同，“陽明號”頭部切削裝置由兩個X型大刀盤和1個偏心多軸刀盤組成。據(jù)悉，通過紅藍兩組刀片交錯旋轉，可實現(xiàn)土體切削無盲區(qū)。
管片拼裝技術與刀盤系統(tǒng)一樣，達到世界領先水平。”陽明號“的管片拼裝系統(tǒng)，是兩臺3個關節(jié)可自由擺動的拼裝機器人串聯(lián)，實現(xiàn)了不規(guī)則斷面下，管片自動拼裝加人工對位。
隨著3號線出入段線貫通，這臺全球最大斷面的類矩形盾構機——“陽明號”將被正式用到寧波軌道交通4號線大卿橋—翠柏里—雙東路區(qū)間工程施工。
據(jù)悉，明年上半年“陽明2號”也將面市，接下來還將在寧波軌道交通4號線、2號線二期鎮(zhèn)海段、5號線等工程上進一步推廣運用。
類矩形盾構技術還有更廣泛的應用。寧波市軌道交通工程建設指揮部副總指揮、總工程師朱瑤宏稱，由于類矩形盾構機具有施工擾動小，避免大量拆遷，施工高效，不影響地面交通和地上地下構筑物等優(yōu)點，在集約節(jié)約利用空間的當下及將來，可廣泛用于地下人行、車行地道、軌道交通、共同管溝等地下空間工程。
新聞多一點
一次“冒險”的完美試驗
寧波軌道交通3號線出入段線工程，全長420米。原來這段隧道的開挖方法是傳統(tǒng)的明挖暗埋法，去年11月30日，“陽明號”在高塘橋站南端井始發(fā)，現(xiàn)在它成為中國乃至世界軌道交通史上的一個標志：全球最大斷面類矩形盾構隧道，也是全國首條類矩形隧道。
舉世矚目的背后，是異常艱辛。從中標、研發(fā)到投用，兩年時間里，誰都不敢拍胸脯肯定成功，而萬一失敗，對各方都是沉重的打擊，畢竟這臺盾構機僅研發(fā)經(jīng)費2500萬元左右，比普通盾構機高出不少。
為消除顧慮，建設方寧波軌道交通，和承包方上海隧道股份共同承擔新技術研發(fā)的風險：建設方投入研發(fā)經(jīng)費，承包方承擔機器制造經(jīng)費；承包方因技術問題導致試驗段工程無法推進時，利用其他工法繼續(xù)完成試驗段工程施工，建設方不再追加投資。此外，承包方還給工程上了千萬級的保險。
為什么短短的420米的隧道，要冒這么大的風險，只是為了爭幾個第一？
當然不是。這里只是“試驗田”，最初要挖“非圓形”隧道為的是解決地鐵4號線大卿橋—翠柏里—雙東路區(qū)間工程施工。
這段隧道位于老城區(qū)狹窄道路下方，傳統(tǒng)的圓形盾構施工，不可避免地會影響到地面老舊樓房。
可不可以挖一條隧道，盡量縮小占用空間，減少拆遷量，降低對樓房、地面交通和整個周邊環(huán)境的影響？
寧波市軌道交通工程建設指揮部副總指揮、總工程師朱瑤宏大膽設想：何不嘗試雙線一次成型的矩形盾構法？
一臺誰也沒造過的機器
超大斷面的矩形盾構機，國內不曾有。寧波軌道交通的科研人員向目光投向了日本。
20世紀80年代，日本針對淺層地下空間日趨飽和環(huán)境保護問題，進行了矩形盾構在內的異形斷面盾構隧道技術的開發(fā)及應用，先后生產(chǎn)了15臺異形斷面盾構機。
2014年年初，朱瑤宏一行人去日本考察，參觀了幾條異形斷面盾構隧道，聽了不少當年參加設計的日方專家的介紹。
可日本盾構機眼下不再生產(chǎn)，即便有，日本盾構技術也不適合拿到中國直接應用和推廣，因為日本地鐵隧道管片用的是昂貴的全鋼管片，而我國常用的份量更重的水泥管片。
朱瑤宏意識到，他們要造一臺誰也沒造過的異形盾構機。
不過，他認為，我國盾構機制造、隧道設計和施工能力近年迅速提升，國內團隊已經(jīng)具備了開發(fā)超大矩形盾構的條件。
構筑這條“似圓似方”的“類矩形”隧道，前前后后模擬了近20多種不同形狀的斷面。通過模擬計算分析，最后敲定了類矩形結構，隧道中間設置立柱，抗變形能力達到最優(yōu)。
為了證明類矩形盾構隧道的耐受性，研發(fā)團隊設計了整環(huán)隧道破壞性實驗。實驗證明，模型變形范圍完全在允許范圍之內。
2015年9月底，“陽明號”研發(fā)成功。當年11月30日，我國自主研發(fā)的全球最大斷面的類矩形隧道盾構機在3號一期工程高塘橋站南端井始發(fā)。
“前無古人”的“陽明號”，獲得了包括孫鈞院士、國際隧道協(xié)會前主席In-MoLee等國內外知名隧道專家的認可和贊譽，引來新加坡、新西蘭、日本、韓國等國內外專業(yè)團隊百余次到訪取經(jīng)。
一項產(chǎn)學研結合的典范之舉
從2015年1月6日招標完成，到“陽明號”成功研發(fā)，僅用了10個月的時間。
“寧波速度”的創(chuàng)作，依憑的是產(chǎn)學研高效、有機合作。
在項目管理中，寧波軌道交通方面首次嘗試“科研、設計、施工總承包”的管理模式，引入盾構設備制造、設計、施工企業(yè)及科研院所等優(yōu)勢力量共同參與“聯(lián)合體”承包模式。
“陽明號”聯(lián)合科研團隊，由寧波軌道交通、上海隧道股份、上海隧道院、同濟大學、上海交大等十多個單位一百多位科研人員組成。
“這樣以需求層面為導向的大規(guī)模、多方面的產(chǎn)學研深度合作，除非在‘國家隊’，地方上是鮮有的?！睂幉ㄊ熊壍澜煌ㄓ邢薰究偣こ處熤旌戡幷f，“取名‘陽明號’，也是對‘知行合一’的踐行?！?br />
此外，類矩形盾構技術研發(fā)過程中，得到了包括孫鈞、錢七虎、梁文灝、楊華勇等多位院士，以及日本地域地盤環(huán)境研究所所長橋本正在內多位隧道領域相關權威的幫助。
“陽明號”實踐的成功，也讓勇于創(chuàng)新的寧波軌道交通看到又一“好處”。共擔風險之外，也共享成果。在后續(xù)工程中，施工方用這項技術在外地城市施工時，每推進隧道1米，將返還1萬元給寧波軌道交通方面，5000萬元封頂。這樣一來，收回了此項技術創(chuàng)新的前期投入。
記者張璟璟通訊員徐昭
本文來源：寧波網(wǎng)
