中国中铁隧道股份有限公司

引领铁路穿江越海时代

中铁隧道集团攻克盾构江底对接世界级难题纪实

         人民铁道报消息 李华坤 段宏杰 王冰炎 杜闯东      12月8日,随着两台直径11.18米的泥水盾构相继掘进到对接里程,中铁隧道集团成功攻克了盾构“江底掘进、相向掘进、地中对接”这一世界级难题,备受各界瞩目、长愈万米的广州-深圳-香港客运专线狮子洋隧道左线胜利贯通。这是中铁隧道集团狮子洋隧道项目部协同合作伙伴,在狮子洋底奋战了惊心动魄的37个月,赢取了中国首座铁路水底盾构隧道的贯通,又一次向世人展示了中国的隧道建设水平、见证了中国铁路的高速发展。
         广深港客运专线是我国中长期铁路网规划“四纵四横”之“北京-广州-深圳-香港”客运专线的重要组成部分,对于拉动珠三角经济圈的发展具有重要意义。全线控制工程狮子洋隧道全长 10.8公里,速度目标值350公里/小时,三次穿江越洋,其中狮子洋水面宽3300米、水深达26.6米。隧道在国内首次采用“相向掘进、地中对接、洞内解体”的施工方式,被工程界专家誉为“中国铁路世纪隧道”,是引领国内隧道施工从穿江时代向越洋时代延伸的标志性工程。据了解,无论是长度、直径还是时速目标值,狮子洋隧道均可以比肩甚至超越英法海峡隧道、东京湾海底隧道、丹麦瑞典海底隧道等世界级海底隧道。
         中铁隧道集团充分认识到工程的复杂性和重要性,组建了有着高超管理能力和技术水平的管理团队,由著名隧道施工管理专家和技术专家洪开荣挂帅,由其核心子公司、在穿江越海领域走在同行业前列的中铁隧道股份有限公司组建了项目经理部,以高标准、严要求、讲科学、不懈怠的理念推进狮子洋隧道建设。2006年5月项目进场施工,2007年11月首台越洋盾构“跨越号”始发,2010年5月盾构掘进至原定合同里程。在之后的半年里,为了接应合作伙伴早日实现隧道贯通,本着“不见不散”的原则向洋底持续推进,接连四次完成追加任务共750米,并率先达到对接里程。也就是说,在相同时间里采用相同的设备,而地质条件更为复杂(断层破碎带与软硬不均地层)和施工风险更大(穿越狮子洋主航道)的条件下,中铁隧道集团狮子洋项目部比合作方多掘进1000多米。此间,中铁隧道集团狮子洋项目部克服了众多世界性难题,创造了国内外隧道施工多项记录,获得了世界项目管理大奖。这也是继中铁隧道集团施工的国内首条海底隧道厦门翔安隧道、“长江第一隧”武汉长江隧道、“黄河第一隧”南水北调中线穿黄工程贯通后,中铁隧道集团再次以领先的技术优势、专业的施工水平、卓越的管理能力、一流的团队效能,安全攻克中国首条水下铁路隧道——广深港客专狮子洋隧道,充分展示了中国隧道施工的管理水平和技术水平。

         讲科学,引领水下隧道建设的技术水平
         狮子洋隧道为铁道部挂牌的高风险隧道,列车速度目标值高,为世界上首次采用管片拼装式的高速铁路隧道,面临国内甚至国际许多亟待解决的技术难题。穿越狮子洋海底破碎带是狮子洋隧道顺利掘进的关键,而此项难题在国内尚属首例,没有成功经验可以借鉴。要安全穿越狮子洋隧道海底破碎带,项目必须解决五大施工技术难点。
         一是高水压,狮子洋水深近27米,设计水压达0.67MPa,隧道极易变形,抗压成为隧道建设的最大难点。二是强透水,由于隧道在主航道水体下方,地层渗透性大,地层出水高达500m3/h,对于地层不稳的破碎地段,不采取有效的掘进控制,将会存在很大风险,一旦透水,后果不堪设想。三是掘进风险大,在破碎带地层掘进时,主要受裂隙地层的影响,掘进碴土中大块较多,循环系统排碴不畅,排浆口处堵塞,从而导致堵仓、堵泵现象发生,仓内压力波动大,进而引起地层坍塌等,增大施工风险。四是更换尾刷难,高水压江底破碎带地质,尾刷密封可靠性对设备、人员的安全保障,难度极大。五是带压进仓换刀危险系数高,随着隧道顶部覆土减薄和江水的加深,掌子面稳定极差,特别是1675环--2000环为极破碎段,从江底淤泥开始直到隧道范围,岩石完整性系数极低,江底淤泥层和粘土层很薄,对江水之间起不到阻隔作用,必须保持压力平衡,防止坍塌,同时,高压力(5.5bar以上)带压进仓换刀、焊难以实施。
         2008年4月,中国工程院王梦恕等七名院士对广深港客专狮子洋隧道过程施工进行风险评估,就主要存在的海底破碎带施工、软硬不均及高黏性地段的掘进、带压换刀等方面施工难题提出了建议。这是中国工程院首次对在建的国家重难点项目进行过程评估与咨询,意义重大。为确保破碎带顺利通过,项目部科学制定施工方案,为施工工艺的选择提供了良好依据。为避免刀盘上方坍塌,采用泥膜护壁工艺,在保证地层的自稳和气密性后,进行气压开仓换刀、更换尾刷;通过不断摸索,大胆尝试在盾构掘进中添加高分子聚合物、膨润土和对管片进行二次注浆封堵隧道后方来水等方法,止住了喷涌;采用TRT 6000、相邻隧道钻孔取芯等超前地质预报。对破碎带地质进行分析、总结,并及时调整掘进参数,为盾构顺利掘进提供了详细的地质资料;采用激光自动导向系统,配合人工测量,保持盾构机姿态和隧道线型控制;确保了软硬不均地层条件下掘进的顺利推进;同时,加强同步注浆、二次补充注浆施工研究,研制并实施了抗水分散型同步注浆浆液,有效填充了管片背后的空隙,大大减少了二次注浆量,使左右线盾构掘进安全通过了江底破碎带。与此同时,加大了对盾构机及后配套的维修、保养;并采购了一批适合不同地层的刀具和刀圈,进一步优化掘进参数,加强环流保证出碴顺畅,提高掘进速度,以减少换刀频次和开仓的风险。
         盾构掘进及设备状况是狮子洋隧道施工是否顺利进行的关键。在整个盾构掘进工程中,项目部始终做到掘进的可控性,实现动态管理:随时做好水压和掘进地质情况汇报,时刻监控盾构机掘进状态,做到一天一检,保证盾构稳步掘进;并率先引进远程监控系统,将信息化管理作为动态管理的有效补充,实现盾构机、掘进、地质预报、施工工艺、工序紧密衔接等全方位立体化控制。
项目通过超前预防来化解施工风险,针对风险源制定了相应对应急救援预案,并定期组织演练。盾构隧道施工中曾出现涌泥涌砂、泥浆管爆管、暴雨等险情,由于事先培训及演练充分,险情发生后都得到了有效的处理与控制。项目以科技攻关带动安全生产,促进工程质量提高,他们配制出高性能混凝土,在软弱围岩、软硬不均和破碎带等地段进行超前注浆和加固,彻底解决了该类地质条件下普遍存在的管片上浮难题和错台现象。项目还通过改造盾构部件、优化系统的方法,提高施工效率。据粗略估计,仅大的系统改进就多达上百处,尤其是泥浆循环系统被德国知名盾构厂商海瑞克公司所吸取,计划在今后的泥水盾构机制造中引入该系统,将大大提升盾构的应用范围,减少盾构施工风险。

          高标准,引领水下隧道建设的管理进步
         中铁隧道集团狮子洋隧道项目部围绕“在勇于跨越中追求卓越,打造世界一流的水下铁路隧道”的总目标,贯彻“动态、精细、诚信、和谐”的管理思想,项目团队制定了超前的管理思路,全盘筹划,精打细算,对可能出现的问题进行详细预测、分析,制定出预案和解决方案。对于施工的执行环节,项目要求每个工序都不折不扣执行到位。在项目施工过程中,以卓越理念为引领,敢于创新,积极探索,精益求精,强力推进项目管理水平上台阶。
         中铁隧道集团狮子洋项目部认真贯彻落实铁道部标准化管理的要求,以“高标准、讲科学、不懈怠,抓源头、抓过程、抓细节”为基本理念,以工程安全、质量为核心,以机械化、工厂化、专业化、信息化为支撑手段,推动项目管理走向“精细化”,实现了项目绩效由“优秀”走向“卓越”。
项目部先后引入项目精益管理系统、盾构远程监控系统、远程视频监控系统、员工信息卡信息化等管理手段,解决了项目管理中存在的分散管理、信息“孤岛”、管理跨度大等问题,对实现集中统一管控、信息共享和发挥整体优势等功能提供了强有力的保障。
         狮子洋隧道项目部对系统进行初始化设置,对物资、合同验工、设备、成本信息的数据库进行规划,要求各职能部门工作据此“量化、数据化”到信息管理平台上,实现了项目进度实时可控,材料施工与成本动态显示,员工会用、愿用的良好效果,真正实现了“进度分析到分钟,成本管理到螺钉”的良好效果。随着盾构机向前掘进,洞内与地面如何有效沟通成为关键。项目部与设备供应商联合,在监控室安装了“盾构掘进地面控制系统”,将盾构施工过程中采集的数据上传地面,在电脑上同步显示,对盾构施工参数进行实时监控,极大地提高了工作效率。
          狮子洋隧道项目部十分注重环境保护,注重资源的最优化利用,实现了建设环境友好型、资源节约型项目的既定目标。在盾构掘进过程中,他们通过严格的管理和技术创新,提高泥浆回收利用次数,减少了泥浆排放量,既保护了环境,也减少了资源消耗,提高了经济效益。
          狮子洋隧道项目部在人才培养特别是劳务工管理等方面开拓思路、创新方式,造就了一批人才,为项目顺利进展提供了坚强保障。项目倡导“五同”和“八个一样”来调动劳务工的积极性。项目部还帮助劳务工在观念上实现从“打工”向“从事隧道建设事业的产业工人”转变,把劳务工变成合格的高技术产业工人。项目部在劳务工的薪酬设计上更具人性化和吸引力,为劳务工设计“管理和技术”两条成长渠道,使他们都能实现自身价值。狮子洋项目成了农民工与员工和谐共处的“理想部落”。在生活区的建设上,项目部以“住宿公寓化”为目标,引进社区文化、展厅文化等先进理念。为每一个宿舍都制作“全家福”,评选“样板宿舍”,使员工找到“家”的感觉。设立“狮子洋之影”展厅,将隧道建设成果对外展示,增加员工自豪感。设立员工超市、员工活动室、图书室,开展“狮子洋之声”广播、“狮子洋影院”影片展播等活动,提升员工生活品质。
           精细化的管理模式,优化了管理流程,细化了管理环节,堵塞了管理漏洞,提高了项目管理的执行力。现代化的管理思路、科学的施工管理、高效的组织、严密的安全防范措施和严格的设备管理制度、人文化的管理手段,构成了项目管理的特点。在第23届项目管理全球大会暨国际项目管理大奖颁奖晚会上,中铁隧道集团狮子洋隧道项目勇夺国际项目管理大奖,树立了中国铁路建设在世界上的良好形象。

         不懈怠,引领水下隧道建设的高速发展
         中铁隧道集团狮子洋项目全体建设者始终兢兢业业,面对各种风险和肩负的重任一直如履薄冰,不敢有丝毫懈怠,发掘一切可利用的资源和潜力,最大限度地节约工期,使每做一项工作都为后续工作创造条件,从容应对工期短、任务重的形势。目前各个工序进展顺利,实现了安全、优质、快速同步施工的良好态势。
         良好有效的管理是施工顺利、进度稳定的保证。项目部创新思路,及早着手,实施多工序同步作业。从前期筹划、设备制造、工艺研究到施工探索,以盾构掘进与多工序作业同步施工为着力点,形成了大直径隧道盾构掘进与多工序平行施工的新局面。这对今后的盾构隧道的同步施工在施工技术方案、组织管理和设备配备都有一定的借鉴意义,同时对于同类大断面盾构施工隧道建设有着较为普遍的适用性。
         面对建筑行业安全生产的紧张形势,项目部更是“战战兢兢”,创新管理,采用多种方法,确保安全生产。一是“无中生有”法,即搜集国内外同类项目安全事故案例,组织员工学习,对照自身查找隐患、发现本项目存在的风险,制定预案。二是“相互监督”法,即项目部对班组实行安全隐患排查制度,甲班组可以对乙班组存在的安全隐患提出意见,对于存在安全隐患的班组实行“连坐制”。三是“小题大做”法,即对提供建设性意见的员工重奖,对施工中的违章行为重罚,“奖要奖到眼红,罚要罚到心痛”,让每一名员工充分认识到安全管理的重要性。
         随着掘进的不断深入和工程量的不断追加,加大了项目部的施工风险压力。由于掘进距离越来越长,盾构、常规设备及管道已接近使用极限,设备故障频繁,管道磨损严重经常爆管等。一方面是继续掘进将面临的巨大安全风险,一方面是铁道部、广深港公司及社会各界对广深港客专早日贯通的殷切期望。中铁隧道集团全体参建员工要紧牙关,发扬风格,勇于担责,周密部署,精心组织,依靠集团的技术和专家优势,加大人力、物力、财力的投入,同时加强测量监控和盾构掘进姿态控制,保证盾构江底对接的精准度,成功破解了盾构江底“相向掘进、地中对接”这一世界级难题,实现了狮子洋隧道左线贯通。

         狮子洋隧道的建设得到了铁道部、广深港公司等各级领导在关心和指导,也得到了设计单位、监理单位、地方政府及兄弟单位的帮助和支持。铁道部副部长卢春房曾先后5次亲临工地检查指导工作,对工程建设作出了重要指示和智力支持。狮子洋隧道项目管理水平得到了行业和客户的认可,在铁道部组织的“中国客运专线建设成就展”上,狮子洋隧道作为我国客运专线盾构隧道施工技术的“最佳实践”参加了展览,参展人员称狮子洋隧道“代表了中国客运专线隧道施工的最高水平”。狮子洋隧道项目部获得铁道部 “火车头奖状”、“全国工人先锋号”、“全国模范职工小家”、“全国青年文明号” “中央企业先进基层党组织” 等称号。
         历经1500多个日日夜夜,狮子洋隧道即将迎来灿烂的黎明。盾构江底对接这一世界级难题在攻克,给中铁隧道集团建设者以更多的信心和力量,隧道左线贯通后将立即组织盾构洞内解体的拆机工作,隧道右线于2011年1月底有望贯通。狮子洋隧道的建成,将树立起我国铁路长大水下隧道建设新的里程碑,为类似的更长、更高水压、长大海底隧道建设奠定了坚实的技术和管理基础。数百年来遇水架桥的思维正在被打破,从大江大河乃至海底下穿越已成为建筑业新的发展领域。中铁隧道集团在这一领域作出了许多重要的探索并取得了骄人的成绩,在建设更多的精品工程的同时也为铸造隧道和地下工程施工的旗舰品牌而奋力。

媒体链接:人民铁道报http://szb.peoplerail.com/shtml/rmtdb/20101216/29194.shtml

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