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世界最大矩形盾构顶管隧道贯通现场 |
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怀邵衡铁路南雪峰山隧道采用三臂凿岩台车开挖作业 |
从“新奥法”推广到机械化配套施工全面升级,从浅埋暗挖法到盾构机广泛使用,以中国中铁隧道集团为代表的建筑施工企业,将隧道工程从山岭发展到城市到水下与海底,引领我国隧道科技实现一次又一次跨越。
中铁隧道集团致力于隧道科技的创新与运用,拥有特殊地质条件下隧道和地下工程施工精湛的工艺和独到的技术,累计荣获11项国家科学技术进步奖、22项国家级工法,为我国的隧道和地下工程事业做出了重大贡献。“惟有创新,企业才能充满活力;惟有持续创新,企业才能不断发展壮大。”中铁隧道集团董事长丁荣富一语道出发展壮大的秘诀。
第一篇 钻爆法传统工艺焕发生机
上世纪八十年代,中铁隧道集团利用新奥法原理,成功修建衡广铁路复线大瑶山隧道,国内率先实行大型机械化作业,将我国隧道施工水平从落后国外30年迅速提高到当时世界先进水平。
长期以来,钻爆法一直是隧道施工的重要手段,广泛应用于我国的隧道施工。尤其是近年来成功运用于石太、武广、京石、合武、渝利、贵广、云桂、兰渝、杭黄等高铁建设中,以及高速公路、水下与海底隧道新领域。
进军水下与海底新领域
“经过持续创新发展,再加上新的设计理念,即使在修建施工难度最大的海底隧道方面,钻爆法这一传统施工工艺依然焕发出生机与活力。”中铁隧道集团总经理唐忠认为。
大陆首座海底隧道——厦门翔安隧道是世界上断面最大的海底隧道,全长8.70千米,海底隧道长6.05千米,其中风化土层、透水砂层就像大片沼泽,风化深槽犹如座座陷阱,处处充满危险。
中铁隧道集团开创性地创新和运用CRD工法攻克了长达1118米的全强风化土层与软弱围岩;采用全程综合地质预报技术超前探孔探水、渗透水压力数值模拟计算、减震爆破等一系列新技术,成功破解了可能造成灾难性后果的突水、涌泥等世界级难题,创造了海底隧道施工的奇迹。《厦门翔安海底隧道建设与运营成套技术》获2012年福建省科技进步奖一等奖,并为成功修建第二座海底隧道青岛胶州湾海底隧道提供了借鉴。
2012年通车的长沙营盘路湘江隧道,在国内首次采取“水下立交”设计新理念,受到业内专家的一致好评,在最大限度节约土地与保护周边环境的基础上,为解决城市交通拥堵提供了一种重要交通建设模式。
该隧道主线为双向四车道,是一个双线多匝道多入口的互通式多通道隧道,相当于在湘江底下建了一座“互通式立交桥”。除南北两条主线隧道外,隧道还增设4条匝道,8条出入通道,在城市核心区域形成了一个交通大循环。中铁隧道集团勇于创新,打破了“一条隧道两个口”的传统隧道设计概念,首次成功将“立交桥”搬到了水下。中国工程院院士郑颖人评价说,该工程为正在筹建和在建的越江、过河、越海工程起到了示范作用。
截至目前,中铁隧道集团承建的穿江越海隧道工程涵盖了国内主要河流,形成了“一穿黄河、两穿赣江、两穿海湾、三穿湘江、四穿珠江、六穿长江”的隧道工程品牌优势。王梦恕院士认为,这些表明我国隧道科技已进入“穿江越洋”时代。
机械化配套成为发展方向与必由之路
随着国家对安全质量环保的日益重视,以及人力成本的高企,钻爆法施工技术必须适应新形势,我国隧道机械化配套施工应运而生。
新世纪以来,在中国铁路总公司(原铁道部)的支持下,中铁隧道集团依托贵广铁路三都隧道开展机械化配套科研攻关,积极探索铁路隧道安全、快速、环保施工途径,积累的机械化配套施工技术先后在沪昆高铁、京福客专、成兰铁路、怀邵衡、蒙华铁路等重难点长大隧道施工中得到推广应用。
在沪昆高铁湖南段建设中,中铁隧道集团承建25.8千米的雪峰山隧道群,开工进场两年完成施工产值近20亿元,创造了我国长大山岭隧道施工的新纪录。在京福客专施工不仅将花山隧道建成全线样板工程,而且创造了月最高进度270米的纪录。
2015年9月8日,中国铁路总公司建设标准化管理现场会在长沙召开,与会代表和专家在观摩雪峰山隧道项目施工时,一致对机械化配套技术取得的成效表示称赞。
怀邵衡铁路南雪峰山隧道长9.59千米,穿越12个断层破碎带, 为Ⅱ级风险隧道。采用三臂凿岩台车只需配备2—3名操作人员,全断面开挖单循环时间控制在3到4小时,大大加快了开挖速度。机械手喷浆完成单循环初期支护时间控制在2到3小时,混凝土的回弹率均控制在12%以内,对提高混凝土质量、改善洞内环境、确保施工安全起到了很好的作用。
目前,中铁隧道集团配置了先进的三臂液压凿岩台车、喷浆机械手、全液压自行式仰拱栈桥、衬砌混凝土自动养护台架、整体式衬砌模板台车等机械设备,形成了超前地质预报、钻爆开挖、喷锚支护、仰拱、防排水、二次衬砌、空洞检测、水沟施工作业等机械化配套作业生产线,实现了隧道全工序机械化作业。
2015年11月,蒙华铁路质量安全管理现场会召开,中铁隧道集团承建的3标段创新性地采用“下台阶+仰拱同步封闭”支护新工艺,保障了施工安全与质量,受到与会代表的观摩,再次成为隧道施工的标杆。专家认为,机械化配套施工优势明显,前景广阔,日益成熟,成为未来我国隧道施工的发展方向与必由之路。
在乌兹别克斯坦,业主要求只能设三个辅助施工通道且必须用三年时间完成19.26千米的安琶铁路库拉米隧道。中铁隧道集团凭借其技术实力和组织能力,在国内外其他竞争者不敢接招的情况下,勇敢地承揽起这一艰巨任务,自2013年9月开工以来,克服了上千次岩爆的影响,迄今为止已完成隧道开挖支护量的82.8%,衬砌工程量的63.2%,如期完工指日可待,彰显了隧道机械化施工的优势,获得乌国总统和总理的高度赞扬。
中铁隧道集团凭借过硬的技术,成为业主点名的增援“尖刀队”。沪昆客专寨子岗、红毛岭、大乘山隧道,沈阳铁路枢纽东北环线团山子隧道,都是“卡脖子”工程。中铁隧道集团在危急关头发挥专业优势,急业主之所急,严控安全质量,加快施工进度,不负所望完成任务,尽显英雄本色,赢得了社会的广泛赞赏。
第二篇 盾构科技让交通四通八达
工欲善其事,必先利其器。盾构机(TBM)的诞生,为我国隧道施工带来了革命性的影响。“先进施工装备在国内的引入和广泛应用,为人类开发大江大河与海底空间提供了强大的支持,”中铁隧道集团党委书记于保林说。
攻克盾构(TBM)三大世界性难题
从上世纪九十年代承建西康铁路秦岭隧道以来,中铁隧道集团驾驭盾构机(TBM)多次穿越大江大河,承建了越江公路、地铁、能源隧道,攻克了诸多世界性难题,积累了丰富的施工经验。
21世纪初,我国开始大规模应用盾构机(TBM)施工。谈起采用盾构机下穿长江,不得不提2002年底开工穿越29条断层的西气东输城陵矶长江隧道,该工程发挥了“探路者”的作用。
“高压进舱作业”是水下盾构施工面临的主要难题。当盾构刀具磨损或前方遇到障碍物时,需要技术人员进入盾构机前面的高压土(泥水)舱检查和处理。在武汉长江隧道施工过程中,潜水员一般能承受3公斤的压力,但工程实际需要承受4.5公斤压力。为此,中铁隧道集团邀请海军工程大学的专家培训,反复试验,大胆探索,成功解决了这一难题。在南水北调中线穿黄隧洞施工中,该集团首次在盾构隧道内实施预应力混凝土衬砌,解决了隧道内水压力问题,确保水流经过时隧洞本身的质量和安全。
防止“高水压直接涌入”是盾构施工中的前提。夺得国际项目管理大奖的广(州)深(圳)(香)港高铁狮子洋隧道就是典型代表。该隧道是当时中国最深的水下隧道和首条水下铁路特长盾构隧道,深埋处达62米,该工程岩石强度最高为78兆帕,无论长度、直径还是时速目标值均可以与世界级海底隧道相较量。科研人员通过对子系统进行创新改进,开发了减压限排换刀技术,实现了高水压下上千次的自主换刀,打破了该技术国外垄断局面,逐一攻克了600米江底裂隙发育段等12项重大危险源,逐步探索出一套高速铁路特长水下高风险隧道盾构施工及对接技术。
“急转弯”是水下隧道施工面临的又一道难题。在武汉越江地铁隧道施工中,盾构机小弯道施工极易出现盾构卡壳、管片破损甚至漏水等现象,严重情况下还会导致隧道变形、坍塌等后果。项目科研人员让“盾头”和“盾尾”分离,通过精确计算,减小推力,严控掘进速度,最终取得成功。
盾构机经常面临下穿既有线的挑战。2015年11月19日,重庆轨道交通五号线歇台子—石桥铺区间右线盾构成功下穿运营中的既有一号线,最大沉降量仅1.2毫米,标志着重庆地区唯一特级风险源被成功攻克。保持盾构掘进姿态控制平稳,保持刀盘土仓压力稳定,是此次盾构下穿成功的关键。北京地铁10号线二期创造性地采用了“CRD+千斤顶”工艺,杭州市环城北路地下通道盾构下穿沪杭铁路时地面沉降控制在1.7厘米以内,专家高度评价地表沉降控制堪称完美。
盾构掘进面失稳、关键部件失效、掘进方向失准是三大国际公认的世界难题。经过二十年盾构科技攻关和施工实践,中铁隧道集团攻克了上述难题,掌握了丰富的盾构施工经验。该集团主编的《盾构法隧道施工与验收标准》等已成为国家标准。
中铁隧道集团大胆创新使用超大直径矩形顶管。2014年9月,世界最大断面矩形顶管隧道——郑州红专路下穿中州大道隧道贯通。其精湛的施工技术赢得了新加坡业主的肯定,并成功进军新加坡市场。
如今,中铁隧道集团累计承建了数十项水下隧道(洞)工程,实现了上万次水下高压进仓作业,攻克了强渗水、管片上浮、盾构姿态控制等一系列难题,成功掌握了盾构施工的核心技术,使我国盾构施工技术达到国际先进水平。
沉管法提供水下隧道建设新途径
沉管法是国内外成熟的工法,目前我国在建或已建成的沉管法隧道共11个,中铁隧道集团设计施工的项目占近半壁江山。
中铁隧道集团在沉管技术运用方面始于宁波甬江隧道,建成了广州生物岛—大学城、舟山沈家门等水下沉管隧道,正在建设的有南昌红谷隧道等,逐步掌握了沉管隧道的设计和施工技术。
仑头—生物岛—大学城隧道作为广州市南拓战略的重要节点,起着关键的中轴枢纽作用。生物岛—大学城隧道全长为1339米,在国内首次采用岸边水下最终接头、护岸结构采用空间立体锚索支护体系、在国内首次采用水下不扩散混凝土实现二次围堰浇筑等,多项成果达到国内先进水平。
2014年1月,国内内河规模最大、最长的城市隧道——南昌红谷隧道开工建设,隧道主线长约2650米,穿越赣江。中国科学院院士孙钧、中国工程院院士周丰峻、卢耀如先后到南昌红谷隧道施工现场“把脉”,他们认为,红谷隧道项目将为我国今后在内河修建类似工程提供先例和典范。
中铁隧道集团在施工工艺创新的同时,不断进行总结和推广,其参与主编的《内河沉管法隧道设计、施工及验收规范》正式颁布,被批准为天津市地方工程建设标准,自2013年11月1日起在天津市实施,填补了国内该工程领域标准的空白,为今后类似工程项目建设提供了依据。
第三篇 地下空间开发前景广阔
二十一世纪是地下空间大开发世纪。随着经济和社会的飞速发展,岛与岛之间、岛屿与大陆之间的海底隧道将越来越多,越来越重要,例如渤海海峡、琼州海峡、台湾海峡跨海通道或海底隧道正在加紧研究中。
“平步跨高山,谈笑越江河。”中铁隧道集团总工程师洪开荣认为,随着隧道科技的不断进步,人类大交通正在向大江大河与海底延伸,我国隧道穿江越洋施工技术已达到国际先进水平。
中铁隧道集团坚定实施“科技兴企”战略,“十二五”期间承担国家863、973项目8项,省部级项目7项,12项成果达到国际领先水平,23项成果达到了国际先进水平。五年来获国家级科技进步奖2项,省部级科技进步奖67项;取得各种专利70项,主持和参加了国家和省部级以上技术规范标准8项,翻译标准1项。科技创新和技术进步大大提高了隧道施工技术水平。
展望未来,他们根据行业发展趋势,瞄准国际先进技术,提出了“十三五”科技创新重点突破领域:一是海绵城市及综合地下管廊建设领域。二是城市地下空间综合开发领域。三是海外项目技术与工艺标准的融合与突破。
为此,中铁隧道集团提出“建设隧道与地下工程领域领军企业”的目标,确立了11大重点研究技术,适应隧道科技安全环保、节能减排、绿色工程以及机械化、信息化、智能化等要求。
“人在地上走,车在地下行。江河湖海任我游,岛峡连接新大陆。”洪开荣认为,这是中铁隧道集团的梦想,也是隧道科技未来使命之所在。