宁波轨道首创“类矩盾构”引领国际前瞻技术
转自：经济参考网
在国民经济的基础建设领域，尤其城市轨道交通建设中，“盾构”发挥着越来越重要且不可替代的作用。
浙江省宁波市轨道交通集团有限公司(以下简称“宁轨轨道”)借鉴国内外先进经验，自主首创研发当今世界横断面最大、多刀盘无死角、掘进利用率最高的“类矩盾构”。并且10年坚持不懈不断迭代升级，在与西方强手竞争中，占据着这一领域的前沿最高点，先后获得了42项国内外专利、4项省部级科技进步奖，填补多项国内空白。
近日，在宁波举行的阳明号“类矩盾构”技术成果评价会上，来自国际内外的权威专家表示，宁波轨道牵头的“类矩盾构”项目科技成果，总体已达到国际领先水平，其成功探索与实践，为国际这一领域的科技进步，作出了重大贡献。
“作为世界知名港城、我国先进制造业重要基地，宁波进入地铁时代，是其跻身现代化国际大都市的重要标识。”宁波轨道交通集团党委委员、总工程师姚燕明说，为此，我们要对标世界一流，高起点高标准，规划宁波轨道交通建设。
然而到了宁波地铁4号线，宁波轨道遇到的是一个国际级难题。4号线是条城市旅游专线，从城西北古镇慈城始发，至城东南东钱湖景区终点，总长35.95公里，其中有2公里的线路，位于翠柏里老街区的正下方，地下可用空间净宽不足14米。如此狭窄的地下空间作业，纵观世界各国地铁史极为罕见，国内外可参考资料几乎为空白，但规划要求却无法避让改道。
对于类似难题，以往国外及我国各地较多采用双圆盾构，即两个圆洞，如横写的“8”字并行开掘。与单圆盾构相比，这一技术虽也可在较为狭小的地下空间穿越施工，但由于其特殊的结构，双圆相交的凹槽处，容易造成渣土挤压堆积，引发较大的地面沉降现象，成为先天性内在缺陷。因此，当有人建议在翠柏路段采用双圆盾构时，宁波轨道认为，这是一项成熟却面临淘汰的技术，施工质量难以保证，绝不可病急乱投医。
经反复论证分析，宁波轨道决定尝试研发正在兴起的单洞双轨“矩型盾构”。宁波轨道建设分公司党委书记黄贵彬说，我们最初想咬咬牙，从日本买一台“矩型盾构”成品装备，以缓解翠柏里地段的燃眉之急，但日方制造商却以“目前暂无出售计划”为由婉拒。
宁波轨道调集精兵强将，成立了由同济大学岩土工程专业黄毅博士领衔的攻关课题组。他与众多科研人员夜以继日奋战在一线阵地上。经宁波轨道与合作各方全力以赴无隙配合，仅9个月时间，宽11.83米、高7.27米，世界上首台最大断面的“类矩盾构”精彩亮相，宁波市将其命名为“阳明号”。
黄毅说，阳明号并非简单的矩形，而是我们研发首创的，单用多片不同的弧形管片衔接而成的近似椭圆，故称为“类矩盾构”。相比于传统的单圆盾构，类矩形盾构能有效提高地下空间利用率达35%，隧道空间利用率高达100%。
阳明号“类矩盾构”问世了，作为全新的技术装备，需要通过初试或中试阶段。那么中试场景该放在何处呢？将原本准备开渠明挖的高塘桥延伸段，改为地下层盾构掘进。
为确保万无一失，宁波轨道的整个技术团队吃住都在工地上，耗时整整一年，终于克服重重困难有惊无险，完成了全部实验任务，顺利打通整个试验段。初战告捷，宁波轨道移师4号线，也较为顺利地打通了曾被视为“畏途”的翠柏里地段。
按原来的施工方案，仅地面建筑与拆迁户的补偿即需12亿元，采用“类矩盾构”技术开掘，虽然地下施工成本有所增加，但两相比较，仅翠柏里1.2公里的地段，便可节约11.4亿余元的建设费用，且不拆房屋、不迁居扰民，施工进度快，实现了社会、经济等多方面的良好效益。
宁波轨道充分认识“类矩盾构”的巨大意义价值与未来广阔的发展前景，认定目标持续跟进，深化研发迭代升级。黄毅说，这10年来对“类矩盾构”，从1.0版到5.0版，实施一系列重大技术的改革创新。最初设计盾构刀盘体系由两个“X型”大刀盘加一个“I型”小刀盘组合而成，形成全断面百分百切削，这也是“类矩盾构”显示其独特的创新性优越性的关键。
由于多刀盘之间间隙较小，容易产生碰撞，对于此类问题，国外机较多采用停机再启动，扭力受损较大，且影响作业效率。黄毅说，我们在改进大小刀盘结构的基础上，运用新一代互联网数字化技术，通过程序预设，能够自动调节运行速度，有效保障了装备作业的安全性。四代、五代机，“类矩盾构”对管片与刀盘系统，作进一步改进完善，不仅适用于软土地层，对于中西部地区的砂质地层，也能应对自如。掘进速度由原来每天的2到3米，达到现今每天10米，增加了三倍。
宁波地处我国东部沿海地区软土地带，地下土层含水率高达近50%，比东京、上海等同类沿海大城市高出10%左右。“有人将此比喻为‘嫩豆腐打洞’，认为宁波是座不适合建地铁的城市。”黄毅说，“类矩盾构”还有效破解了在高含水率地下软土层中，实施超窄空间作业的国际性难题。日前，面向六代机，宁波轨道正在进一步加强技术研发与储备，努力使“类矩盾构”在国际竞争的赛道上，持续保持领军者的地位。
前来宁波参加“类矩盾构”技术评价会的韩国首尔大学教授、韩国工程院院士李英模说，“在拥挤地下空间的隧道建设，一直是全球关注的问题。在首尔等地铁建设中也遇到过类似问题，以往大都采用矿山法进行实施，施工时间长成本高，后从美欧进口盾构机，也不容易解决这些难题。这次在宁波轨道看到有“类矩盾构”这样好的装备和技术，回去要建议加强与中国地铁技术的合作。”(丹辰)