中国中铁隧道股份有限公司

科技攻关引领大直径泥水盾构技术发展

 

佛莞三标承建的狮子洋隧道是佛莞城际铁路的控制性工程,隧道全长6476.4米,其中盾构隧道长4900米。项目采用一台直径为13.61米、具备常压换刀功能的盾构机进行掘进,是目前在建的世界最大水下铁路盾构隧道。在狮子洋底进行大断面掘进施工,面临风险高、难度大、地质复杂等诸多难题。项目部坚持以科技攻关为引领,以技术突破为先导,尽锐出战,精准施策,不断攻克水下大盾构施工技术难题。保证了狮子洋隧道工程的有序施工、稳步掘进,更为后续穿江越海大直径盾构施工提供了丰富的借鉴。我们的做法如下:

 

一、勇于攻克技术难题,为科技攻关寻找突破口

 

在最大埋深64米,最大水深17米且地质条件十分复杂的狮子洋底实施大盾构施工,这在国内乃至世界上都是首例。要完成如此复杂的工作,需要高超的技术水平,需要超强的勇气担当。只有实施科技攻关,攻克技术难题,才能为工程的顺利推进找到突破口。刀具就像盾构的牙齿,既需锋利又要耐磨;泥浆就像盾构的血液,要稀稠适中;浆液是管片的保护伞,既要抗浮,又要强度,更不能堵管。常压换刀保护了施工人员安全,但设备的安全也不容忽视。围绕这些技术难题,项目部为科技攻关找到了突破口。

锋利牙齿,围绕刀具优化进行科技攻关。S985盾构机刀盘初装配备的海瑞克19寸双刃一体式滚刀(常压刀盘)为海瑞克独有,在国内无制造和使用经验,且价格不菲。经过在岩层使用,并不能满足项目需求,由此寻找性能更佳,价格更合理的刀具成为工作重点,但需经过三个难题:一是刀体需重新开模锻造;二是刀体的热处理工艺要求高;三是要对刀具压力平衡系统进行研究。经过使用进口刀具、刀具国产化开发、刀具优化、刀具改进四个阶段,近1年的时间已取得了阶段性的突破。

2017年4月11日第一把国产刀具进场,经3个月试验,表现良好,耐磨性较进口刀具提高近25%。与此同时,项目又接连试验了双刃分体式滚刀、双刃一体式新材料滚刀等。近期试用的新式镶齿滚刀的试验,已取得阶段性成果,正在进一步优化改造中。

选用新材,围绕同步注浆进行科技攻关。盾构始发后,项目遇到的最大难题是,由于单延米净上浮力达116吨,导致管片超量上浮最大近13公分,进而出现管片错台、破碎、开裂、漏水等一系列质量问题。项目从管片质量、防水材料质量、增加管片摩擦力、调整注浆参数、二次补强注浆、掘进参数分析等方面解决,但一直效果不佳,后经多方了解咨询,试用了一种新型惰性同步注浆浆液。这种浆液具备良好的和易性、又不易遇水离析;抗剪切强度高可阻止管片上浮,且又不会短时间堵管;项目同时对砂浆站等设备改造,加强各环节过程控制,使管片上浮量控制在3cm左右,管片错台、破碎,渗漏水等质量问题得到大幅改善,管片质量稳定。

加固管道,围绕泥浆循环进行科技攻关。佛莞新狮子洋隧道盾构机独头掘进4900m,泥水循环系统进排泥浆管长度达10.4km,保证泥浆的快速、稳定、正常运行至关重要,因此,泥浆管的维保是重中之重。针对本工程大直径盾构泥浆管管径大、重量重的实际,为了提高泥浆管管箍的焊接效率和质量,项目自主设计、联合制造厂家制造了一台泥浆管箍自动焊接设备,相比于传统人工焊接的方式,该自动焊接机采用自动定位技术,只需一人即可一次性焊接管箍内外焊缝,省时省力且节约成本,并可焊接DN300~500不同管径、3~6m不同长度的管道管管箍焊接,质量可靠。

常压换刀,围绕施工安全进行科技攻关。为了应对高水压情况下的换刀作业风险,采用了新式常压换刀刀盘和刀筒、刀盘面板液压磨损检测报警等保护系统,滚刀均配备了可实时监测的旋转和温度监测传感器。

滚刀安装刀筒是一种滚刀背装式封闭刀筒,自使用起,刀筒内因无卸渣通道而集渣较严重,在软土地层集渣严重导致滚刀无法旋转而偏磨。在岩石地层,同样刀筒内因风化层和切削小颗粒岩石集渣依然严重,造成刀筒内传感器防护管变形拉扯而滚刀传感器信号中断,只能拆出刀筒检查处理,费时费力,无法有效提高掘进效率。针对此问题,项目分别进行了防止刀筒集渣的刀盖和滚刀传感器连接形式改造,有效解决了刀筒集渣和滚刀传感器,因信号线或插头故障造成的传感器信号中断和拆卸刀筒等问题,切实提高了设备利用率和掘进效率。

 

二、把握人才关键要素,为科技攻关搭建支撑点

 

在所有的生产要素中,人的作用始终是第一位的。项目部始终牢牢把握住这一点,建立完善人才梯队建设,不断进行培训教育,广泛开展学术交流,为科技攻关搭建了有力的支撑点。

建梯队,为科技攻关“做储备”。科技攻关不能凭一时之力能完成,要做好长期奋战的准备。做好人才梯队建设是第一步,项目部自成立之日起,就建立了完备的科技人才队伍。同时实行“交叉换岗”的管理方式,让机械岗位的到土木岗位工作,让土木岗位的到机械岗位工作,特别是见习生和参加工作不久的员工,培养其综合能力,快速提升工作技能,以充实到更高岗位,最大程度发挥个人才能。

勤培训,为科技攻关“强队伍”。在做好梯队建设的基础上,项目更加注重培训教育工作。项目部以普及大盾构知识,提升大盾构管理水平为目的开设盾构大讲堂,累计开展48节课,项目各技术、管理人员、班组及前勤工人共计约900人次接受了培训教育。在注重内部培训的同时,项目部还积极参加隧道股份、集团公司以及外部单位举办的各类培训班,累计参加各类培训班8个,送培人员17人次。大大提升了项目人才队伍的理论水平和专业素养。

广交流,为科技攻关“拓视野”。2016年10月,集团市政项目安全质量现场会,用隧道局的标准,对项目提出意见和建议;2016年11月,德国前总理施罗德到项目参观,用德国标准对项目管理、科技创新进行评价;2016年12月,院士行活动,王梦恕、周绪红、王景全、胡春宏、彭永臻等十几名院士以国家两院的标准给出建设性指导。2017年以来,铁路总公司、新加坡外宾、各地业主、大学、科研机构等相继到访进行交流。据不完全统计,从2016年下半年至今共有5000余人到项目进行交流,大大拓展了项目的视野和思维方式。

 

三、践行创新驱动战略,为科技攻关创造好氛围

 

在国家“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念中,创新排在了第一位。在激烈的竞争中,惟创新者进,惟创新者强,惟创新者胜。项目部秉承创新驱动战略,在理念、制度、管理等方面实施创新,为科技攻关营造良好氛围。

理念创新,给科技攻关“换脑筋”。面对无经验可借鉴的现状,项目部深刻认识到,只有形成决战必胜的理想信念,才能突破科技攻关难题。在集团公司和隧道股份两级策划会上,项目部提出了“施工专业化、管理精细化、控制智能化、关怀人文化”的“四化”管理理念,让项目全体人员以全新的姿态,来应对全新的挑战。同时还提出了“打造世界超级工程,构筑最美水下长虹”的建设理念,以世界级的状态,世界级的人才,打造世界级的工程。项目部还倾力打造“狮子洋小镇”特色项目文化,以文化创新带动理念创新。

管理创新,给科技攻关“造氛围”。好的氛围往往能够激发大家干事业、谋发展的热情和动力,项目继承隧道股份TBM二公司光荣传统,引入信息化调度指挥中心、二维码管理、财务共享中心等信息化、智能化设施,搭建各类网络系统,不断推进专业公司建设。项目坚持每季度开展“狮子洋之星”评选活动,评先进、树榜样。自开展活动以来,共有51名员工被评为“狮子洋之星”。2017年9-10月,项目开展了建言献策活动,共收集各类意见建议276条,为项目管理提升起到了极大的促进作用。

项目母永奇工作室QC小组的研究成果《提高管片防水材料黏贴一次合格率》荣获“2017年度全国工程建设质量管理小组活动优秀成果”奖。

制度创新,给科技攻关“搭平台”。实施科技攻关,必然制度创新先行。只有通过制度创新,搭建科技攻关的新平台,才能让科技“攻的下关,攻的成关,攻的好关”。项目部在科技工作管理、激励、操作等方面制定了一系列新的管理制度,如《常压换刀指令管理制度》、《盾构主司机管理细则》、《盾构中心锥安全管理制度》、《常压换刀奖励办法》、《关于有奖征集促进项目管理提升的合理化建议的通知》等,这些制度为科技攻关提供了制度保障,创造了发展平台,有效地促成了科技攻关工作的开展。

科研立项,给科技攻关“定方向”。科技攻关往哪个方向攻,怎么攻,项目以集团公司、隧道股份两级公司安排的《超大直径混合式(常压刀盘)盾构适应性及施工风险控制技术》、《大直径泥水盾构常压换刀与掘进参数综合效率研究》、《大直径泥水盾构上浮控制及同步注浆技术研究与应用》三项课题为指引,分别成立以项目经理、项目总工为组长的科研小组,并设立专项研发费用,大力开展科研工作,目前已取得阶段性成果。

 

天道酬勤,日新月异。隧道股份佛莞城际3标项目部通过攻克技术难题、把握人才关键、践行创新战略,在科技攻关方面做出了一些成绩,为集团公司引领大直径泥水盾构技术发展做出了一定的贡献。我们有决心、有信心为集团公司在大盾构市场发展做出更多更大的贡献。

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