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洪开荣:让盾构科技引领国际 加速产业化进程

2021年06月28日 金州机械设备网

洪开荣:让盾构科技引领国际 加速产业化进程

“我们科研人员在实验室就能借助远程故障诊断系统平台,为千里之外的项目施工‘会诊’,帮助现场解决施工难题,”中国中铁隧道集团总工程师、盾构及掘进技术国家重点实验室主任洪开荣日前接受采访时自豪地说。

从引进吸收到自主创新,从中国制造到中国创造,从领先国内到享誉世界,洪开荣领衔的盾构创新团队经过十余年的积累和发展,引领我国盾构整体水平跃上世界行业之巅。

洪开荣:让盾构科技引领国际 加速产业化进程

图为洪开荣介绍盾构机施工原理

初识盾构,一鸣惊人

21世纪初,我国地下工程施工大量采用盾构机施工。尤其是广州地铁2号线在国内率先大规模采用盾构施工。

但使用进口的“洋盾构”不但价格昂贵,而且“水土不服”,现场人员对出现的问题一筹莫展,只有国外厂家才能解决,不但耗时长且费用高,而且受制于人,制约着我国隧道建设进程。

以中铁隧道集团为代表的中国盾构科研团队不断钻研,借助在西康铁路秦岭隧道掌握的全断面硬岩隧道掘进机技术,很快就熟悉和掌握盾构机的使用,并不断取得突破。

洪开荣是盾构科技创新的代表,负责广州地铁2号线越三区间施工技术管理及科研工作。期间,初期进口盾构机经常抓不牢管片,总是掉下来。有人建议更换新的抓取设备,但需要花费300多万元。洪开荣经过深入细致分析及论证,提出调整参数的解决方案,但外方代表根本不相信中国人的能力,坚决不同意。

“是裹足不前,还是创新突破?”洪开荣毅然选择了后者,已是高级工程师的他自信地说道:“你们调整参数,我到下面去,要伤就伤我吧!”洪开荣从容地走入现场,这时他头顶上方是3吨多重的管片,周围是一片惊异的目光。经过多次验证,洪开荣提出的调整参数方案获得多方的认可,成功破解了盾构机抓不牢管片的技术难题。

洪开荣率领他的团队在面对软硬不均复合地层国际性难题上,在广州地铁首创出我国复合盾构隧道施工法,解决了软硬不均地层隧道盾构施工的关键性技术难题,并由此创造了盾构单机月均掘进331.5米、最高月掘进562.5米的速度,刷新了当时国内外类似工程施工最高纪录。该成果获2006年国家科技进步二等奖,广泛应用到广州、深圳、北京、成都等城市地铁建设中,极大提高了我国隧道盾构法施工技术水平,产生了广泛的社会效益。

造中国盾构,超越洋品牌

在引进洋盾构的同时,国家科技部将盾构关键技术研发与研制列入国家863计划课题,以实现国产盾构的目标,提升我国装备制造水平。

从2002年开始,中铁隧道集团在以往盾构研发的基础上,以国家863计划为依托,开始着手盾构关键技术的自主研发,在盾构刀盘刀具研制及液压系统设计等方面取得突破。十年磨一剑。2008年4月,国内首台自主设计制造的“中国中铁”号盾构下线,从此国产盾构掀开了新的篇章。

洪开荣介绍,当时很多人对洋品牌偏爱,而对中国制造的盾构持怀疑态度。“中铁人”以超乎常人的魄力将这台盾构运用于天津地铁3号线,成功穿越了瓷房子、渤海大楼等对地层沉降近乎苛刻的标志性建筑,地面建筑完好无损。中国中铁号盾构整机性能达到国内先进水平,多项关键技术达到国际领先水平。

坚持研发设计与施工生产紧密结合,现场数据反馈和产品性能优化良性互动,洪开荣率领创新团队将973课题“基于高效破岩的盾构刀盘刀具数字化设计基础研究”的研究任务融入重庆地铁六号线盾构设计、制造与施工应用全过程。

洪开荣率领研发团队用两年时间自主研制了直径2米、刀间距可调的回转式盾构刀具岩机作用综合实验台;开发了刀盘数字化设计软件,带动了自主设计制造盾构主机和关键部件产品的创新。最终9台自主制造的盾构如期出现在重庆地铁施工现场,改变了“洋盾构”垄断中国市场的局面。

正是10多年坚持不懈的技术积累,洪开荣率领创新团队不仅能自主研发生产盾构,而且敢于对“洋品牌”动手术。2011年,甘肃陇中引洮供水工程施工进入到了最为关键的时期,“洋盾构”因为不适应地质条件而卡盾停机,国外厂商面对问题束手无策。创新团队在最短的时间内完成了对“洋盾构”的诊断,只用3个月就完成了再制造,整机性能极大提升,创造出月掘进1868米的世界纪录,连续8个月均超千米的掘进。

穿江越洋,加速盾构产业化进程

“平步跨高山,谈笑越江海。”洪开荣认为,隧道从大江大河甚至海底下面穿越已不再是梦想,特别是沿江沿海地区,城市空间非常有限,而隧道出入口占地少、不扰民,优势很大。因此,向地下和水下空间开发将是必然趋势。

广(州)深(圳)(香)港高铁狮子洋隧道是隧道施工穿江越洋的标志性工程。当时,已是中铁隧道集团副总工程师的他担任项目经理,施工期间带领科研人员对盾构刀盘刀具、推进和驱动等子系统进行改进,使得各系统故障率显著降低,逐一攻克了600米江底裂隙发育段等12项重大危险源,破解了盾构“江底掘进、相向掘进、地中对接”难题,有力地推动了我国长大水下与海底隧道的建设和发展。

为了加速我国盾构产业化进程,打造完整的盾构产业链,洪开荣于2010年牵头筹建盾构及掘进技术国家重点实验室,并担任实验室主任,力促盾构产、学、研、用的紧密结合。

基于长期积累,洪开荣带领创新团队积极承担国家盾构及掘进技术领域重大课题攻关并取得显著成果,其中“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”获得2012年度国家科技进步一等奖,并入选2013年国家“创新人才推进计划——重点领域创新团队”,获得2014年“第五届全国专业技术人才先进集体”称号。他还主持了《盾构法隧道施工与验收规范》等多项国家、行业标准的编制。

“失稳、失准和失效三大问题是长期困扰盾构施工行业的国际难题,通过持续多年的产、学、研合作,目前我们实现了这三大突破!”洪开荣介绍。

为加快信息化与工业化深度融合,提高盾构制造数字化与控制智能化水平,洪开荣带领创新团队构建了远程故障诊断系统等11个实验平台并投入使用,为北京直径线地下铁路、长株潭城际铁路、重庆地铁6号线和国家“973”、“863”项目的研究发挥了重大作用。

随着经济和社会的飞速发展,岛与岛之间、岛与大陆之间、海峡之间的海底隧道连接越来越多,越来越重要。这些为盾构产业化提供了广阔的发展空间。“人在地上走,车在地下行。江河湖海任我游,岛峡相连新大陆。这是隧道科技未来使命之所在。”洪开荣自豪地说。

大胆创新理念,助力规划设计水平

2015年4月21日,长(沙)株(洲)(湘)潭城际铁路“桥改隧”方案经过一年多的反复论证后开始全面实施。

长株潭城际铁路线路全长95.5公里,是连接长沙、株洲、湘潭城市群的城际快速铁路,建成后长株潭三市之间互通交通时间将缩短为30分钟以内。

中铁隧道集团承建的一标段长沙站至德雅村段线路位于长沙市中心城区,原设计以桥梁方式跨越长沙站北端三湘南湖大市场及德雅村,商业及居住房拆迁量巨大,征地拆迁成本高,并且市场搬迁及村民安置也是个难题。

洪开荣兼任长株潭城铁一标段项目经理,根据丰富的施工经验提出了“桥改隧”方案,得到了长沙市政府、广铁集团及铁四院的积极响应和大力支持。

“新方案下穿三湘南湖大市场,4次下穿京广铁路及联络线,安全风险和施工难度非常大,给盾构施工带来了很大挑战。盾构掘进就像在刀尖上舞蹈,甚至比穿越湘江更难,必须小心翼翼。”

据了解,该项创新建议方案可大量减少房屋拆迁160万平方米,节约用地1211.9亩,直接减少工程征拆投资11.228亿元,创造了巨大的经济效益和社会效益,对城市区域的整体规划与发展具有明显的优势。

洪开荣介绍,只有敢于破除经验主义,勇于理念创新,实现施工与设计的互动,才能推动我国市政工程建设向国际水准看齐。

2011年10月底,长沙营盘路湘江隧道建成通车。洪开荣率领创新团队打破了“一条隧道两个口”的传统隧道设计,首次成功将立交桥搬到了水下。除南北满足双向4车道通行的主线外,湘江东西岸还各设了一进一出两条满足单向双车道的匝道,出入口分别在湘江大道和潇湘大道上。

施工过程中,长沙营盘路湘江隧道8次穿越湘江大堤,8次穿越断层破碎带,施工难度、技术含量、风险系数在目前国内水下矿山法隧道设计和建设过程中极为罕见。中铁隧道集团建设者破解了一个又一个困难。

洪开荣介绍,“超浅埋水下立交”设计新理念,不仅最大限度保护了生态环境,而且共节约用地200多亩,节省成本超过1亿元,为解决城市交通拥堵提供了一种重要交通建设模式。