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隧道科技的三次跨越
文章来源:新瑞康  浏览人数:3073  发布日期:2009-11-12
新华网河南频道9月17日电(段宏杰)30年前,我国的隧道施工技术落后国际30年。30年后,我国已成为世界隧道大国,施工水平跻身国际先进行列。

    获得10项国家科技进步奖、16项国家级工法,达到国际先进水平的成果32项,国内领先水平63项,国内先进水平51项。中国中铁隧道集团30年获得如此多的顶尖科研成果,堪称建筑史上的奇迹!

    伴随国家改革开放而诞生、发展、壮大,30年完成隧道(洞)折合单线1500公里,累计向国家上交利税按可比价格计算,相当于在国家原投资基础上再造了6个同样规模的企业。从该集团的身上,我们领略到隧道科技的3次跨越,管窥到了这个行业的发展轨迹。

    中铁隧道集团董事长、党委书记郭大焕介绍,科技兴企是他们持之以恒坚持的发展战略,正是瞄准国际科技前沿,在攻克施工难题中不断开展技术创新,才能实现隧道科技的跨越发展,不断增强企业的竞争优势。

    钻爆法--开启大型机械化施工时代

    1980年底,成立仅两年的中铁隧道集团(时称铁道部隧道工程局)奉命从中原移师南下,率领一万多名员工参与"七五"期间国家重点建设项目衡广铁路复线,其中全长14.3公里的大瑶山隧道是全线的关键性控制工程。

    这是当时国内最长的双线电气化铁路隧道,世界第十。而且隧道穿越11条大断层带,尤其是长465米的9号断层地带,最大涌水量每昼夜高达4.2千吨,属于世界性施工难题。

    当时,发达国家根据新奥法原理,利用围岩的自稳能力,腾出来空间,实现了隧道施工大型机械化作业。然而,如果按照当时风枪打眼、木支撑、小型机械操作的传统方法,根本不可能在8年的工期内完成。进行科技创新,成为建设者的必然选择。

    科技人员对新奥法原理展开了热烈讨论,并在附近的雷公尖隧道进行试验,由于缺少经验,工人不理解而不太配合,开始科研进展并不顺利。

    中国人要自己修建大瑶山隧道的消息轰动全国,也引起国际同行的眼光。欧美等国的隧道专家纷纷前来参观,开展学术交流。他们的眼神中表现出来的是疑惑,日本专家甚至摇了摇头。

    科研人员看在眼里,急在心头。为了长中国人的志气,一定要建成大瑶山隧道!大家下定了决心。经过一年多的反复试验,逐步找出了硬岩条件下施工方案,沿用了几十年的木支撑去掉了,先进的液压台车也被操作工人熟练掌握了,光面爆破达到了预期效果,凿岩、运碴、支护、衬砌四条工序实现了大型机械化流水线作业。

    为了攻克大断层难题,技术人员开展围岩稳定性监控量测研究,进行防坍塌试验和封堵裂缝围岩试验。1987年3月5日,在攻克9号断层的艰难日子,时任国务院副总理的李鹏现场视察,给建设者以极大的鼓舞。他们探索出浅孔周边预注浆方法,经济、安全、快速通过了9号大断层。

    成功了!成功了!!现场科研、施工人员喜极而泣,紧紧拥抱在一起。在随后的技术交流中,日本专家竖起了大拇指:"你们有两点比我们强,一是造价低,二是工期短,了不起!"

    1989年12月,大瑶山隧道提前两年半建成通车,将我国隧道施工水平落后国外30年迅速提高到当时世界先进水平。"大瑶山长大铁路隧道修建新技术"荣获1992年度国家科技进步奖特等奖。其中10项配套技术、42项技术难点均达到当时国际、国内先进水平。

    随后,他们建成了军都山、云台山、五指山等著名隧道工程,进一步总结出"单线铁路长大隧道快速施工配套技术与设备"科研成果,并荣获2000年度国家科技进步三等奖。

    大瑶山隧道被称为我国隧道建设史上的第三座里程碑,这些配套施工技术迅速推广全国,大大加快了我国隧道施工速度和水平。

    浅埋暗挖法--城市地铁施工进入暗挖时代

    进入上世纪80年代,北京地铁超负荷运营压力已经很大。复兴门折返线的修建迫在眉睫。

    现在是中国工程院院士的王梦恕,1986年初的一天,他去铁道部汇报工作。走在长安街上,他看到一些人正在测量路面,圈地刨树挖坑。一问才知道,正在用明挖法修复兴门折返线。

    "什么年代了,还要用明挖法修建地铁?"王梦恕当时就急了。原来,他和同事已经在大秦铁路军都山隧道黄土段进行大跨、软弱、有水、浅埋的设计、施工研究,初步形成了浅埋暗挖法。

    在苦苦劝说和盛情邀请实地参观后,复兴门折返线工程最后重新招标。原本要8千万拆迁费,而使用新工法只花1万块钱,工程造价可降低一半。大家一致同意由中铁隧道集团设计、施工。

    担任复兴门折返线总工程师的王梦恕,和他的同事们一起带着"不能塌方,不能下陷,不准砸国家牌子、不准砸铁道部牌子、不准砸隧道工程局牌子"的沉重压力上阵了。

    复兴门折返线全长358米,需要开挖隧洞1098米,加宽断面31种,最大跨度14米,隧道顶部距地面9-12米。虽然地面车水马龙,但地下管线密布,并且地质条件复杂。施工难度可想而知。

    经过365天日日夜夜的艰苦奋战,中铁隧道集团取得了成功,总结出一套科学严谨的施工原则:"管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测"。王梦恕说,这18字真经成为浅埋暗挖法的精髓。

    1987年12月,复兴门折返线建成,长安街上依然车流涌动,川流不息,人们丝毫没有觉察到脚下曾经进行了一项大规模的施工!

    北京地铁施工引起世界的关注,美、德、英、法、日等国家的专家纷纷前来参观、交流, 对中国人的技术能力和敬业精神表示赞叹。

    随后,该工法应用于长安街上的数十条地下过街道施工。他们成功总结出超浅埋暗挖技术,创造了覆跨比最小为0.06的世界记录,打破了当时德国专家覆跨比0.675的记录。

    1992年12月,北京地铁著名的天安门东站、西站同时开工建设。中铁隧道集团解决了复杂地质条件下修建超大跨度车站的一系列施工难题,实现了盖挖逆作法向盖挖新作法的飞跃。

    1995年,"北京地铁浅埋暗挖法综合配套技术"获得国家科学技术进步二等奖。同年,王梦恕当选为中国工程院院士。

    该工法迅速向全国推广,我国城市地铁施工进入暗挖时代。他们完成了广州地铁越秀公园站、公元前车站,上海地铁新闸路车站、石门一路车站,重庆地铁临江门车站等,验证了浅埋暗挖法的实用价值。

    2007年,他们依托深圳地铁完成的《地铁重叠隧道设计与施工关键技术》成果荣获国家科技进步二等奖,解决了城市地下空间复杂环境中重叠隧道设计施工难题,为实现车站同站台换乘提供了新的选择,进一步完善了浅埋暗挖法,推动了隧道技术的进步。

    盾构法--我国隧道施工技术跻身国际行列

    上世纪九十年代初,当发达国家广泛采用先进的盾构机从事隧道施工时,我国对盾构技术的了解还处于初级阶段。

    此时,国家"九五"重点工程西安安康铁路上马。其中,秦岭隧道全长18.46公里,是全线的咽喉工程,地质条件复杂,长度当时国内第一。

    铁道部科学决策,花巨资从德国维尔特公司购进敞开式全断面硬岩掘进机(TBM),并将重任交给了中铁隧道集团。面对重重困难,该集团没有退缩,而是牢牢抓住了这一难得的机遇,掀起了一场高科技的攻坚战。

    这台专门为秦岭隧道"量身定做"的掘进机全长256米,刀盘直径为8.8米,集机、电、液、传感、信息技术于一身,是高技术水平的综合体现。

    1997年12月,掘进机组装成功。为了控制好掘进方向,他们运用ZED导向系统,有效控制了掘进误差。为了提高机时利用率,他们把配件国产化作为主攻方向,有效保证了整个系统顺利掘进。

    TBM是个系统工程,若一个环节出现问题,就可能影响到整个系统的掘进,项目部成立了"TBM诊断和状态监测站",采用振动、冲击、脉冲、温度等多种手段进行检测,适时进行掘进状态评估。

    1999年8月,秦岭特长隧道提前贯通,创造了平均月掘进268米的记录,平均机时利用率为45%,最高达75%,超过了当时国际40%的平均水平。

    TBM犹如一座工厂,完全实现了隧道施工工厂化作业,彻底改变了传统的施工工艺。利用钻爆法8-10年才能打通的秦岭隧道,采用TBM施工工期整整提前了5年。

    秦岭隧道荣获全国十大科技建设成就奖,被誉为我国隧道施工的第四个里程碑。"秦岭特长铁路隧道修建新技术"荣获2004年度国家科技进步一等奖,使我国隧道施工技术跻身国际先进行列。

    随后,他们在西安南京铁路磨沟岭隧道创造出硬岩隧道掘进机在软弱围岩条件下掘进的国内先例;并在南疆铁路图库二线中天山隧道成功攻克TBM掘进与衬砌同步施工难题,大大提升了施工工艺水平。

    进入新世纪,我国城市地铁掀起建设高潮,广州地铁开始大量采用盾构机施工。中铁隧道集团承担起地铁二号线至六号线的诸多重点控制工程。其中,二号线越秀公园至三元里区间隧道是个标志性工程,全长3926单线延长米,地质条件软硬不均,盾构月施工进度要求必须达到220米以上。

    洪开荣博士现在已是隧道和地下工程领域的著名专家,当时是科研课题的负责人。他告诉记者,为了提高施工效率,他们从每道工序、每个环节挖掘效率,自行设计出环宽1500毫米的管片,提高了隧道的抗裂能力;生产出新型盾构泡沫剂,对渣土进行了改良,节约了投资,提高掘进速度13%。

    科研人员还开发出大吨位变频电力机车,建立起重载编组列车运输系统,大大提高了运输能力。三个月后,盾构机成功穿越京广铁路大动脉,整个轨道群始终保持正常运营。

    2006年,《软硬不均地层及复杂环境隧道复合盾构的研制与掘进技术》荣获国家科技进步二等奖。该成果达到了国际先进水平,不仅拓宽了盾构施工技术的范围,且广泛地推广应用于广州、深圳、重庆、北京等城市地铁工程建设及穿江越洋等领域。

    2008年4月,"万里长江第一隧"武汉长江隧道双线成功贯通,攻克了带压进仓作业等一系列国内施工难题。此外,南水北调传黄工程、广深港铁路客运专线狮子洋隧道都进入盾构施工阶段,大陆第一座海底隧道厦门翔安隧道已攻克了关键性施工难题。

    中铁隧道集团总经理张继奎认为,他们之所以能够实现隧道科技的三次跨越,与他们践行"科技是第一生产力"的伟大论断紧密相连,他们不断进行科技攻关,持续推动科技成果转化,有力地提升了企业的创新能力和生产能力。

    这些情况表明,由于先进盾构技术的广泛运用,我国隧道施工已由山岭和城市进入穿江越洋新阶段。中铁隧道集团广泛参与了上述重大工程施工,承担起国家"863"计划盾构机研制课题,形成了隧道掘进机科研、设计、制造、组装、调试、施工一条龙的滚动发展态势,成为我国隧道施工穿江越洋的领军者。(完)

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