中铁十四局大盾构

作者简介

才铁军，资深财经记者、行业发展史学者、著名纪实文学作家，现任中国作家协会所属中国纪实文学研究会常务理事。曾两次获得中国政协好新闻一等奖，三次获得中国产业报好新闻一等奖，荣获全国报纸头条消息大赛一等奖、中国铁路文学奖一等奖。作品被《新华文摘》杂志转载5万余字。主要著作有《神州大动脉——中国铁路建设一百二十年纪实》《伟人与中国铁路》《世纪之梦大京九》等11部，论著有《新闻采写纵横》，是中国铁路统一新闻教材《铁路新闻教程》的10位编者之一。

内容简介

第一章 技术简史 发展历程
　　中铁十四局自2003年起对隧道盾构法施工进行探索，其盾构施工技术的发展历程，可划分为探索季、攻坚季、成熟季、收获季四个阶段。
　　第一节 技术探索季
　　（2003年3月至2006年4月）
　　中铁十四局自2003年承建广州地铁3号线、5号线开始进入盾构施工领域，历经艰难曲折的过程，虽付出了必要的“学费”，但在施工技术上也取得了初始积累。
　　2003年承建的广州地铁3号线汉溪站南至市桥站北区间工程，盾构段总长3853.52米，采用德国维尔特公司生产的两台直径6.28米的土压平衡盾构机掘进。
　　该工程地质条件复杂，施工技术难度大。中铁十四局专门挑选了一批机电及自动化专业类的本科生来项目实习。白天，他们在现场跟着国外机械工程师后面学习经验，从拧螺丝、接水管、加油脂等脏累苦的工作一点点做起；晚上，他们回到宿舍坚持写技术工作日志，把白天在现场学到的知识记下来。他们在盾构领域的学习中不断成长，在成长中不断学习。
　　广州地铁5号线是继3号线后中铁十四局中标的又一地铁项目，施工区间为草暖公园至西村站，采用的是地铁3号线使用过的两台盾构机。5号线地质由岩溶断裂带、软土砂层及硬岩等构成，施工中遇到了各种困难和风险。盾构机于2006年6月26日始发，2009年4月19日全线贯通。
　　通过广州地铁3号线和5号线的施工实践，中铁十四局初步掌握了地铁盾构的施工技术，同时也培养了一批盾构施工的技术人才和管理人才。
　　第二节 技术攻坚季
　　（2005年9月至2010年5月）
　　经历过初期的艰难探索，中铁十四局迎来了盾构施工技术发展的攻坚阶段。
　　2005年，中铁十四局承建了直径14.5米的南京长江隧道。南京长江隧道是当时世界上第二大、全国最大直径水下盾构隧道。
　　该隧道盾构段所穿越的地层复杂，既有黏土层、粉细砂层，也有圆砾层、强风化岩层等，隧道最大水位压力6.5千克/厘米2①，江中最小覆土厚度仅为10.49米，是地质条件最复杂、技术难题最多和施工风险最大的工程之一，被称为“万里长江第一隧”。
　　南京长江隧道工程位于南京长江大桥与南京长江第三大桥之间，连接南京河西新城—江心洲—浦口区，设计为双向六车道，左右线盾构段隧道工程总长6037米，采用德国海瑞克公司量身定做的泥水平衡盾构机施工。工程于2005年9月28日开工建设，左线于2009年5月20日贯通，右线于2009年8月22日贯通，2010年5月28日通车。
　　在施工过程中，中铁十四局先后攻克了盾构超浅覆土始发、长江大堤穿越、盾构水中接收、超大直径盾构江底浅覆土穿越、高水压条件下常压更换刀具、临近江河超大深基坑施工降水、泥水盾构泥浆成膜、盾构隧道壁后注浆控制、盾构机状态检测及故障诊断关键技术等技术难题，掌握了大直径水下、高水压地质条件下的盾构掘进技术和带压换刀及带压动火技术。这些创新技术的运用有效地保证了工程建设的安全和质量。
　　南京长江隧道盾构机在洞内作业
　　在南京长江隧道建设过程中，中铁十四局开展了近60项课题研究和科技攻关，先后获各类知识产权24项（发明专利4项，实用新型专利13项，计算机软件著作权2项，国家级工法1项，山东省省级工法4项），其中超大型管片衬砌结构原型试验被列入863计划示范课题，填补了地下工程建设相关领域的空白。
　　南京长江隧道科研项目荣获国家科学技术进步奖二等奖2项，山东省、北京市科学技术进步奖一等奖各1项，中国公路学会科学技术奖一等奖1项，中国岩石力学与工程学会科学技术奖一等奖1项，中国施工企业管理协会科学技术进步奖一等奖5项，成为国内首个同时获“中国建设工程鲁班奖（国家优质工程）”、“国家优质工程奖金质奖”和“中国土木工程詹天佑奖”的过江隧道工程，可谓建设行业获奖的全满贯。
　　中国工程院院士、著名防护工程专家钱七虎评价：南京长江隧道自盾构始发以来，规避了所有能够预测到的施工技术风险。
　　南京长江隧道是中铁十四局在大江大河地下盾构施工领域的扛鼎之作，奠定了大直径盾构隧道施工的坚实基础，培养了大批盾构施工技术和管理人才。它标志着南京市过江交通立体化时代的到来，开启了中国水下工程施工新纪元，也标志着中铁十四局掌握了当时世界上最先进的超大直径盾构的掘进和超大型隧道的建造技术。
　　第三节 技术成熟季
　　（2010年12月至2017年11月）
　　南京长江隧道的建成通车，使中铁十四局在国内水下及大直径盾构隧道施工领域的地位日益凸显。2011年，中铁十四局承建了南京地铁10号线过江隧道。
　　该隧道为2014年南京青年奥林匹克运动会（简称南京青奥会）配套工程，隧道长3600米，直径11.2米，最大埋深58米，最大水土压力6.51巴①，卵砾石层长1800米。2012年5月1日盾构始发，2013年5月10日贯通，2014年7月1日建成通车。
　　施工中创造了大直径泥水盾构日掘进19环（38米）、月掘进318环（636米）的世界纪录，盾构施工管理水平也迈入世界领先行列。在高水压始发、刀具更换和改进、泥浆再利用、复杂地层穿越技术等方面形成30余项成果与专利，申报5项省部级科研成果，部分技术填补了当时的国内空白，首创的小空间常压换刀技术于2014年获得大盾构领域第一个国家技术发明奖。总结出《大直径泥水盾构及其附属设备维护与保养手册》《大直径泥水盾构施工管理手册》等施工管理成果。
　　2011年，中铁十四局承建了扬州城建史上建设难度最大、技术含量最高的单体工程——扬州瘦西湖隧道工程。隧道位于国家5A级旅游景区瘦西湖核心地段，上下通道总长5589米，其中盾构隧道长1275米，盾构隧道直径14.5米，为单管双层，双向四车道，于2011年8月21日开工，2012年12月1日盾构始发，2013年12月10日贯通。
　　该工程是现代高科技与5A级旅游景区的首次融合，独特的环境、土质、工艺要求使得该隧道具有“直径大、设计新、土质黏、穿越险、技艺精、保护严”的特点。通过对适应砂卵石地层的南京长江隧道盾构机在黏土地层的二次服役利用，中铁十四局掌握了大直径盾构再制造技术和大直径泥水平衡盾构机在黏土地层的应用技术。
　　项目取得企业标准1项，授权发明专利14项、省部级工法3项，荣获“全国优秀工程勘察设计奖一等奖”“菲迪克2017年工程项目优秀奖”“全国建设工程优秀项目管理成果一等奖”“中国建设工程鲁班奖（国家优质工程）”“中国土木工程詹天佑奖”等荣誉。
　　中铁十四局将扬州瘦西湖隧道工程的核心技术，成功应用于武汉地铁8号线长江隧道、京张高铁清华园隧道和京沈客专望京隧道等多条大直径泥水盾构隧道工程。这套技术也为大直径泥水平衡盾构机在黏性岩土地层的应用提供了广阔的前景，有力地促进了行业发展与科技进步。
　　2012年，中铁十四局承建了长株潭城际铁路树木岭隧道，该隧道是当时我国城际铁路最大直径盾构隧道，隧道全长12.86公里，盾构段长6550米，盾构隧道直径9米。隧道施工工期紧、任务重、难度大、风险高，且沿线建筑密集，人为活动频繁，地下地上管线纵横交错，涉及房屋管线迁改、监控量测、居民安置等，工程量极大。隧道设计时速高达160公里，被称为“高铁中的地铁，地铁中的高铁”。
　　自2012年11月25日第一台盾构机顺利始发以来，盾构机10次下穿京广铁路既有线，历时208天。下穿时间之长、穿越范围之广、下穿次数之多、地质条件之复杂、技术难度之大、施工风险之高、外界环境之敏感，在国内同类型工程建设中首屈一指。为优质、高效地完成施工任务，中铁十四局建设者通过反复研究及现场试验，不断调整盾构机掘进参数和同步注浆量，成功将地表沉降控制在1毫米范围内，远远小于铁路设计要求的7毫米沉降控制值，被国际隧道协会（ITA）的国际专家们称为“了不起的穿越”。
　　2014年，中铁十四局承建了武汉地铁8号线长江隧道，隧道位于武汉长江二桥上游450米处，盾构段长3186米，盾构隧道直径12.1米，隧道穿越江面宽度约1500米，采用一台泥水平衡盾构机施工，为国内最大直径单管双线地铁盾构隧道，也是国内建成的第一个采用全复合衬砌结构盾构隧道的成功案例。
　　隧道区间最大水土压力达6.74巴，最大覆土深度达37米，江底最深处位于常水位下51米。盾构段设置混凝土二衬，双线间设置中隔墙，顶部设置烟道板，中隔墙中部设置紧急疏散平台。作为国内首条单洞双线复合衬砌地铁隧道，2016年5月28日盾构始发，2017年8月9日隧道贯通，它穿越上软土下粉细砂、上粉细砂下风化岩等复合地层，1365米强风化砾岩、钙质胶结砾岩，以及高渗透性砾砂、圆砾地层，世界上