穿越山河湖海 用创新擦亮“中国大盾构”名片

潜心研究大盾构领域关键核心技术,牵头策划并编写6项行业团体技术标准和规范,出版4部专著,荣获中国岩石力学与工程学会科学技术特等奖1项、中国发明专利优秀奖1项及授权发明专利21项,近3年研发3项成果助力企业在大盾构领域新签合同额236亿元,实现直接经济效益4.188亿元……这是中国铁建专家、中铁十四局副总工程师陈健在大盾构技术创新领域的成绩单。

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从2005年参建南京长江隧道开始,陈健便与大盾构结下了不解之缘。如今,但凡大盾构项目遇到难啃的“硬骨头”,他都会第一时间赶到一线解决。“因为喜欢,所以热爱,所以坚持!”这是陈健30年前选择成为工程师的初衷,也是他多年来执着于扎根“掌子面”、革新大盾构技术的质朴情怀。

在江底攻克世界级难题

1994年,陈健大学毕业后到铁道部第十四工程局工作。从京九铁路到成雅高速再到内昆铁路,陈健一面扎根一线,一面接触和学习先进的施工技术。

2005年,陈健被调任到中铁十四局承建的南京长江隧道工程,担任指挥部工程部长。该工程使用超大直径盾构机施工,被誉为“万里长江第一隧”。

该隧道面临大直径、高水压、强透水、浅覆土、长距离、复合地层等六项世界级难题。“那时的我们,无异于‘摸着石头过河’。”陈健回想起在长江下60多米深处经历的“惊天穿越”,依然记忆犹新。

2008年12月13日,左线隧道盾构机掘进至江底最深处,外国技术人员在夜班检查设备时,因操作不当,致使在江底形成一个巨大坑洞,盾构机刀盘被埋,开挖仓与江水贯通。聘任的外国专家到现场察看后都束手无策。

面对如此严峻的形势,陈健和掘进司机一起守在盾构机操作室,一边推进一边修正掘进参数,确保计算设定压力参数与江水压力精准平衡,确定扭矩的许可范围,并根据各项参数匹配制订掘进方案。

“压力参数计算公式是我们根据始发原位劈裂试验进行修正的。这是我们成立的攻关小组在长江边进行的世界首次现场原位劈裂试验。”陈健回忆说,他们最终通过科学调整盾构掘进实施参数,攻克了江底超浅覆土施工世界级难题。当时,这项研究成果被中国工程院院士钱七虎称为“国家级公式”。

在连续掘进奋战72小时后,南京长江隧道成功化解这次重大风险。

“地下工程建设,如同探秘未知,可谓步步惊心。面对工程遇到的重大难题和风险,只有在实践中不断磨砺技术,并保持自信和科学严谨的态度,才能在挑战中实现自我成长。”陈健时常对工程技术人员讲。

在挑战极限中掌握核心技术

南京长江隧道以后,陈健带领团队不断探索大盾构施工技术,向着更复杂地层发起挑战。

在扬州瘦西湖隧道,面对距离湖底只有4米多的超浅覆土地层和全断面硬塑黏土难题,陈健和团队着手改造盾构机,解决了全断面硬塑黏土地层盾构施工等多项世界性盾构难题。同时,他们总结形成的研究成果——硬塑黏土层高效环流及出渣等技术达到了国际领先水平,该工程在2013年入选全国建筑业绿色施工示范工程。

在武汉地铁8号线越江隧道施工中,陈健和团队创新提出适用于软硬岩层的复合刀盘设计理念,实现了常压下滚刀齿刀互换这一世界首创技术。他们还前后研发出十多种新型刀具,既满足硬岩切削,又满足富水软弱粉细砂地层掘进,创造了当时月掘进686米的世界纪录。

“大盾构施工技术的掌握和创新,属于我们企业,也属于世界同行。”陈健和团队提出的常压刀盘滚刀更换设计理念,就被盾构厂家首次成功应用于国外。

2016年前后,随着国家基础设施建设需求增加,国内水下隧道的建设也迎来爆发式增长。

凭借着在南京长江隧道的先发优势和多年的技术积累,中铁十四局于2016年创立了国内首家大盾构专业化施工企业——中铁十四局大盾构公司,加快实施“专业+聚焦”战略,逐步在长江经济带、粤港澳大湾区、京津冀等区域扩展事业版图。

2017年,“万里黄河第一隧”——济南济泺路穿黄隧道开建。中铁十四局首次开启人类历史上对地上“悬河”的伟大穿越。但黄河隧道下复杂多变的地质情况一度令他们举步艰难。

此时已担任中铁十四局副总工程师的陈健,带领项目团队开展“超大直径泥水盾构废弃泥浆环保处理及资源化关键技术”“高粘粒地层超大直径泥水盾构防结泥饼技术”等10余项科研课题攻关,成功克服了大断面、长距离、浅覆土、深基坑、高水压等施工难题,优质高效顺利竣工。

经过20年的发展,中铁十四局聚焦打造超大直径盾构施工技术核心竞争力,已形成涵盖“专家、技术、管理、施工”的大盾构专业团队,包括首席专家陈健在内达1900人,他们逐步成长为中国大盾构隧道建设的中坚力量。

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在领跑行业中继续前行

多年来,在陈健等一批专家的不懈努力下,中铁十四局在大直径盾构和水下隧道施工领域实现了从跟跑到领跑的跨越式发展。

如今,中铁十四局在该领域已率先实现了穿越“江河湖海城”、地质条件、涉足行业、盾构直径、施工工艺五个“全覆盖”,19次穿越长江、6次穿黄河、11次穿海、多次穿越城市核心区,施工里程突破140公里,过程中全面掌握了“新型刀具与换刀技术”“微扰动精准穿越技术”“特殊复杂地层安全掘进”等十大核心技术,不断引领盾构隧道建造技术深刻变革。同时,他们还以盾构施工为引领,打造出集科技研发、盾构机绿色制造、管涵预制生产、运维保养、盾构机耗材于一体的全产业链。

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“最欣慰的是,我们成功助推国产首台超大直径盾构机‘京华号’的联合自主研发制造并成功应用,让中国大盾构技术在世界舞台扬名。”这成为陈健职业生涯最有成就感的一件事。

陈健坦言,随着地下空间开发和水下隧道建设力度的不断加大,新难题也在不断地增加。“作为技术人员,要保持终身学习,以科技创新推动行业发展。”

目前,他正带领团队围绕盾构机“超大直径、超高水压、超长距离、超大埋深、多复合地层”施工难题,开展江域海峡高水压大直径跨江海盾构隧道施工关键技术研究,为实现“穿越海峡”的盾构梦想,提供强有力的理论支撑和技术储备。

(大众新闻记者 常青)