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中铁隧道集团一处有限TBM与盾构施工技术的开发与应用万芳

发布时间:2020-02-14 12:05:15 阅读: 来源:MP3厂家

中铁隧道集团一处有限公司TBM与盾构施工技术的开发与应用

修铁路打隧道对我们来说并不陌生,也许在你的思想中,打隧道仍然是打眼、放炮、出碴这样的传统观念。其实不然,在科学技术日新月异的今天,隧道建设飞速发展,并以独特的魅力受到众人的关注,特别是具有同际先进水平的TBM与盾构技术在隧道施工中的开发和应用更是成为引人瞩目的焦点。

那么何为TBM?何为盾构机呢?TBM是隧道掘进机的英文缩写,是目前国际上隧道施工水平先进的国家普遍使用的一种长大隧道大型综合性隧道施工机械。TBM由主机、主机辅助设备、后配套、后配套辅助设备四大部分组成,刀盘直径8.8米,机身长度256米,集机、电、液等多学科、多门类先进技术于一体,掘进工作过程全部由电脑监控,是高科技水平的综合显示。盾构机是适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机。这种盾构机由主机及后续设备组成。其施工方法为盾构法,是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道,可以做到对土体弱扰动,不影响地面建筑物和交通,减少地上、地下的大量拆迁,并有效保护地下水资源。TBM适用于山岭隧道硬岩掘进,盾构机则适用于城市地下隧道软弱围岩施工。这两种设备的技术开发与应用,在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。

中铁隧道集团一处有限公司目前不仅拥有一台TBM和4台盾构机,而且熟练地掌握了技术,并着手开发与研制,这对我国的隧道建设事业及地下工程空间的开发具有十分重要的意义。

中国铁路建设的里程碑

中国铁路建设从钢钎大锤、手持风钻、凿岩台车到TBM掘进机一步一个台阶走来,中隧集团一处作为四个里程的唯一见证人,经历了中国铁路发展与建设的全过程,而且他们总能把握机遇,在不同时期谱写壮丽的乐章。在60年代他们建成了成昆铁路沙木拉打隧道,70年代,他们参与修建了湘黔铁路雪峰山隧道;80年代他们又建成了衡广复线大瑶山隧道,90年代,他们率先掌握利用国际最先进的全断面隧道掘进机(TBM)建成了国内最长的秦岭隧道,为中国铁路第四个里程碑写下了浓墨重彩的一笔 。

秦岭隧道全长18.46公里,是中国第一长大铁路隧道,因而被列为国家“九五”重点工程、西安至安康铁路的咽喉工程,无论是其长度还是地质复杂情况都堪称“中国第一”,既使在亚洲乃至全世界也名列前茅,他最大埋深1600米,穿越高地应力、岩爆、地热、断裂带、涌水、围岩失稳等不良地质灾害。

穿越秦岭,成为几代中国人的梦想。

为建设秦岭隧道这一中国头号重点工程,1997年铁道部作出重大决策,斥巨资从德国维尔特公司购进直径为8.8米的敞开式全断面硬岩掘进机——TBM,并将此重任交给了中铁隧道集团一处有限公司。

面对第一长隧,面对复杂地质,面对洋机器,面对工期压力,中铁隧道集团挑选一处有限公司这支曾建成过14.295公里的大瑶山等许多长大隧道的专业化队伍担此重任,面对严峻的考验,一处没有退缩,而是牢牢抓住了这一难得的机遇,准备打一场高科技的攻艰战。

为了管好用好TBM,他们选派了有技术、懂管理、精明强干的指挥班子,为实现科技领先,尽快熟练驾驭这台世界最先进的设备,中铁隧道集团组成了10人科技攻关小组,这10人平均年龄不到30岁,都在德国和瑞士进行过严格的技术培训,同时对一处所有参战秦岭隧道的员工进行文化技术培训,受训人数超过3000人次,使之成为一个团结协作,能攻善战的集体。

对于直径8.8米这样大的隧道掘进机,德国维尔特公司也是第一制造,因此有许多技术问题德国专家也是第一次遇到,1997年12月,TBM组装完毕准备试机时,皮带机的皮带总是跑偏,现场的德国专家调试了5昼夜仍见未果,为使TBM早日试机成功,中铁隧道集团攻关组制定了解决这一技术难题的3套方案,请德国专家配合调试,经过一昼夜的苦战,3套方案轮番施展,终于将皮带机调试好,在试机时,清水泵站又出现了故障,严重影响了整机的供水系统,当时有人建议给铁道部和维尔特公司发电报要求将掘进仪式推迟,攻关组当即主动请缨,连夜突击将清水泵拆装 了几个回合,终于排除了故障,保证了掘进仪式的按时举行。在技术攻关组里仅高级工程师唐健就独立解决电气故障300余次,修复各类电气元件30多件,TBM在秦岭隧道使用2年多,所有出现过的机械故障,基本上全是由中隧集团的技术人员独立解决的。有些外国专家3、4天都解决不了的难题,中隧集团的技术人员1天就解决了。引得外国专家连连称赞,“中国人真聪明”“与你们合作轻松愉快”!

TBM的引进和使用,不仅打破了传统的施工工艺,同时具备了破岩、运渣、初期支护等多工序平行作业,施工生产具有连续性、集中性、同时性等特点,在一定意义上,完全实现了工厂化作业。利用钻爆法8-10年才能贯通的秦岭隧道,采用TBM施工,工期整整提前了5年,中隧集团在机遇和挑战面前不仅树立了自己敢打善拼、无往不胜的气概,在秦岭隧道的建设中将一项项崭新的纪录和自己的名字一起永载中国铁路建设史册:TBM平均机时利用率45%,最高达75%,超过了40%的国际的水平,以日掘进40.5米,月掘进528.1米,双双创造国内最高最新纪录,ZED导向系统在秦岭隧道方向误差控制在3厘米以内,此项成果同时荣获铁道部科技进步一等奖。

中隧集团一处有限公司干部员工在创造一项项纪录的同时,也为拓展地下空间,独立掌握和运用TBM积累了宝贵的经验,伴随着新世纪的第一缕阳光,中隧集团一处积极响应党中央关于西部大开发的决策,以严谨求实的科学态度,气吞山河的无畏气概和顽强果敢的拼搏奉献精神,驾驭在秦岭立下赫赫战功的TBM,如今又挺进了西安南京线,在全长6113米的磨沟岭隧道,开始了新的征程。

1999年5月,随着TBM交接结束,维尔特公司的外国专家也陆续撤离,标志着TBM完全进入靠自己使用维修的新阶段。尽管在秦岭他们成功地运用TBM,并创造了骄人的战绩,但有人仍然这样的预言,秦岭的成功并不表示已经完全掌握了TBM,只有到磨沟岭隧道工地后的TBM的拼装使用,才是真正检验队伍综合实力的试金石。此话一点不假,一个全长256米,总重量超过3000吨,成千上万根电缆、油管,集机、电、液、气于一体的“地下工厂”在拆卸后,到新工点又重新组装使用,如果没有一整套科学、详尽、规范的程序和方案,后果是不堪设想的,为确保万无一失,他们成立了8人的拆机方案拟定小组,在方案出台的60多个日日夜夜里,他们翻阅的资料堆成了山,一天往返洞内好几趟,先后做标识500多处,拍摄照片400多张,仅拆机方案文稿就达45万多字,在TBM组装时,他们明确分工各就各位,机械技术人员严格控制拼装全过程。从那一个个忙碌的身影里,大家早已忘记了白天与黑夜,他们依靠自身力量解决难题20多项,重新优化改变设计15项,使TBM更完善、更科学、更合理。2000年7月9日,TBM一次试掘进成功,中铁隧道集团一处的员工自力更生,组装使用TBM走出了一条成功之路。

TBM作为针对秦岭隧道专门设计制造的硬岩掘进机,如今面对磨沟岭隧道的软弱地质,中铁隧道集团一处有限公司的员工没有被困难所吓倒,在围岩破碎承载力低、地质极不适应TBM施工的情况下,全体参战员工克服重重困难,发扬艰苦创业的精神,主动出击,逐步摸索出了一整套软弱地质段TBM施工的办法,天天攻难关,日日创高产,在繁忙的西安南京线上掀起一轮又一轮生产高潮,在用钢拱架支护的情况下,打破了在秦岭隧道自己创造的528米的纪录,月掘进达573.9米。

中国城市地铁建设的新飞跃

TBM的成功使用表明他们已占据了山岭隧道建设的制高点。中铁隧道集团的领导没有因此而满足,他们而是将目光早早地瞄准了前景广阔的城市地铁领域。在世界经济全球化和以高科技为动力的知识经济浪潮汹涌而来,中国经济的持续稳定增长为中国的进一步发展提供了更广阔的空间。中国作为一个发展中国家,在二十一世纪,城市化必将是其主要的发展道路,然而城市化的发展必将带来三大难题:城市人口的急剧增长,城市交通的繁忙与拥挤,城市社会与人文环境的恶化。发达国家的发展历程证明了发展城市地铁是解决城市三大难题的有效途径之一。城市地铁以其舒适、快捷、准时、无污染得到了各国政府与广大市民的青睐。作为改革开放前沿的广州,地铁建设仍然像城市的经济的飞速发展一样,以其独特魅力,受到众多的关注,特别是国际最先进的施工方法盾构法的运用更是成为瞩目的焦点。担负广州地铁二号线扛鼎之作的,正是中铁隧道集团一处有限公司。

越三区间盾构作为中隧集团在广州地铁二号线里程碑式的代表作,从一推进开始就受到了社会各界的广泛关注,究其原因,正是工程的极其艰难所致。

由中铁隧道集团设计施工总承包的越三区间隧道,单线总长3926米,该工程有突出的三大难点:一是隧道通过的地质软硬不均,变化频繁,穿越地下水富集的广从断裂带,且全线地下水位高出隧道地下管线8-27米;二是隧道的地表建筑物和地下管线复杂。隧道将穿过广交会楼群,友谊剧院等大小不一、年代不同,结构各异的建筑物达135幢之多,穿越各种地下管线56条,尤其是穿越距隧道顶部0.6米至2米的建筑桩基群和火车站的京广铁路轨道群。对控制地表沉降、确保国家和人民生命财产安全提出了更高的要求;三是工期压力大,进度指标高,按照地铁二号线总体建设计划,越三区间盾构项目月平均施工进度必须达到220米以上,大大超过了同类施工进度指标。

为了突破这三大难关,更快、更优地建成越三区间隧道,中铁隧道集团充分发挥其“设计、科研、制造、施工”四位一体的优势,组织了土木、机械、电气等领域的专家与技术人员,确定了施工工艺与施组方案,并从德国引进两台土压平衡式盾构机,经过专家论证,对盾构机多项技术标准和参数进行了调整,最大限度地增强了盾构对地质环境的适应性。这两台被命名为“先锋一号”和“先锋二号”的盾构机,其刀盘和刀具能够根据地质变化进行更换调整。并可采用三种不同的模式,最大推进速度达到每分钟80毫米,该类型盾构机不仅能够满足广州地铁盾构法施工的需要,而且可以运用到国内其它城市地铁。

盾构法施工作为当今国际最为先进的地铁施工方法,实现了工厂化作业。注浆、出碴、管片运输等环节是施工要达到最佳效率的关键。经过多次试验和联合攻关,中铁隧道集团在国内盾构工程中首次采用 了重载编组列车运输,联合开发出了适应于城市地铁施工运输的大吨位变频电力机车运输系统,大大提高了运输能力,缩短了施工循环时间。而他们与协作单位合作开发的大吨位悬臂龙门吊又开辟了国内出碴方式之先河,有效缓解施工场地狭小带来的困难,科技创新已为高速度创精品插上了腾飞的肢膀,并受到了国内外的广泛关注。日本、德国专家先后三次参观考察,并发出了一次次的惊叹。

由于科技创新开路,越三区间盾构工程从推进开始单机掘进就达到了高速度,5月份230米,6月份250米,7月份300米,8月份303米,大大高于月平均进度220米的施工要求,并打破了国内同类设备日掘进最高纪录,据有关专家介绍,这样的施工速度在国内城市建设尚属罕见。

马克思说,最先朝气蓬勃投入新生活的人,他们命运是令人羡慕的。是的,中铁隧道集团员工在攻坚过程中找到了幸福和欢乐,他们追求的是物质与精神的统一,个人利益与企业利益的统一,他们工程干得漂亮、安全、文明施工,也毫不逊色,从现场围屏的竖立、材料的堆放、员工住宿美化到治安综合治理都有严格的规定,处处一派现代企业的盎然生机,7月27日,广州市安全文明样板工地验收小组来到越三区间盾构工地例行检查,打出了97分的高分,在广州市所有的受检查工地中名列榜首,充分展示了中铁隧道集团的实力与风采。

中国地下空间开发的新时代

任何事物的成功都不可能是一时的即兴之作,完全是合乎逻辑的延续连贯,中铁隧道集团在秦岭特长山岭隧道,西安南京线磨沟岭隧道、广州地铁二号线越三区间盾构工程的优秀表现,正是其雄厚实力的直接体现,正是这支富有传奇色彩队伍的本色使然:集团公司董事长郭陕云、党委书记林万里、副总经理郭大焕,一处有限公司董事长孟宪增、党委书记吴宗学、总经理唐忠等领导无时无刻不在为中铁隧道集团一处有限公司的长远发展谋求方略。20多年来,中铁隧道集团以推动国家隧道和地下工程事业发展为已任,面对高科技飞速发展和产业技术革命的浪潮,始终紧跟时代步伐,站在我国隧道和地下工程施工技术领域的前列,从80年代初,率先在国内引进四臂凿岩台车修建了衡广复线大瑶山隧道,到90年又率先在国内使用TBM,建成我国最长的西康线秦岭隧道,无不显示出作为隧道和地下工程专业集团的责任和实力。进入前景广阔的城市地铁施工领域,开发盾构施工技术,是中铁隧道集团多年的夙愿,去年初,在广州市地下铁道总公司的信任与支持下,中铁隧道集团有幸承担了地铁二号线越三区间盾构施工任务,成为进入盾构技术领域的首家铁路施工企业,盾构新技术的开发,必将成为中铁隧道集团历史上的又一座里程碑。

一直致力于TBM、盾构引进和使用的中国工程院院士王梦恕曾撰文这样描述TBM及盾构的发展前景:今后TBM在中国还是大有用武之地的,修建海底隧道穿越琼州海峡连接内陆与海南岛,穿越台湾海峡连接大陆与台湾,穿越渤海湾海峡连接烟台与大连都是以后的发展方向,而海底隧道运用TBM法开挖,又是最优选择方案,尤其是目前疏通海南岛的呼声很高,因海域仅宽18公里,拉坡引线后仅32公里长的海峡铁路隧道,其投资、技术都是可行的。王梦恕院士同时就海上大桥方案与隧道方案进行了对比:认为海峡受台风影响严重,大桥不可能全天候运行,由于水较深、墩台高、跨度大、施工难度大,而且还会对海峡东西通航造成人为障碍,修建海底隧道不受气候影响,可保证全天候运行,不干扰海面通航。不会对所在海域造成污染,而且结构安全度高、抗战争能力强、维修费用低,今后TBM在海峡海域的交通中将会发挥更大的作用。

爱因斯坦说,对一个真正的人来讲,他们渴望的不是别的,而仅仅是他全力以赴和献身于一种美好的事业。对每一个“中隧人”来讲,他们执著追求的事业便是他们全力以赴和献身的国家重点工程建设事业。在采访中,当我们问起一处副总经理周振国,中铁隧道集团一处有限公司在广州地铁二号线投资1亿多元购买两台盾构机,这样值吗?周振国崭钉截铁地说:“值,要保证合同工期和质量,最大限度满足顾客的愿望,只能这样做。我们要安全优质干好二号线,以后还要争取干好三号线、四号线,为广州人民多做贡献”。周副总经理同时还表示,目前他们已经熟练掌握了TBM和盾构的施工工艺,南京地铁购买的另外两台盾构正在组装调试,即将投入生产下一步还有加强科技攻关,稳扎稳打,追求更完美的工艺和质量,形成具有国际先进水平的盾构配套技术,最终实现打造TBM、盾构领域王牌的梦想。 查阅:已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图(更新中)查阅:2012年全国各省市城市轨道交通项目概览(更新中)查阅:城市轨道交通中标企业

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