引領(lǐng)盾構(gòu)數(shù)字化智能化——盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)紀(jì)實(shí)

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科技部日前公布2013年國(guó)家創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃名單，由中國(guó)中鐵隧道集團(tuán)總工程師、盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中原學(xué)者洪開(kāi)榮帶隊(duì)的“盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”成功入選國(guó)家“創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃——重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域國(guó)家級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)零的突破。

盾構(gòu)數(shù)字化  “尖兵”引領(lǐng)裝備制造

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)地下工程施工大量采用盾構(gòu)施工，最初完全依賴洋盾構(gòu)，設(shè)備出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)人員一籌莫展，無(wú)計(jì)可施，只能等待國(guó)外技術(shù)人員維修，并且配件昂貴，這給盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展帶來(lái)了極大的制約和損失。

中鐵隧道集團(tuán)是隧道及地下工程設(shè)計(jì)施工總承包的一支勁旅，在國(guó)內(nèi)率先采用先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)施工，參與承建了全國(guó)幾乎所有城市軌道交通工程，鑄造了武漢長(zhǎng)江隧道、廣深港客專獅子洋隧道、大陸首座海底隧道翔安隧道等一批著名工程，引來(lái)我國(guó)隧道施工進(jìn)入穿江越洋時(shí)代。

為改變受制于人的現(xiàn)狀，中鐵隧道集團(tuán)從2002年承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃自主研發(fā)盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)課題，自主研制出我國(guó)首臺(tái)復(fù)合式盾構(gòu)，到孵化出中鐵裝備制造公司，目前“中國(guó)中鐵”號(hào)盾構(gòu)遍布全國(guó)乃至走向東南亞，已經(jīng)形成了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)產(chǎn)品和關(guān)鍵技術(shù)。

“中國(guó)地域廣闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，研究適應(yīng)各種地質(zhì)條件的盾構(gòu)機(jī)，使掘進(jìn)效率更高、能耗更低、施工更安全，是亟待我們科研人員解決的難題。”洪開(kāi)榮說(shuō)。

無(wú)論在廣州、深圳等東南沿海地區(qū)，還是北京、天津等北方地區(qū)，乃至山嶺隧道、江河湖海地下施工中，中鐵隧道集團(tuán)的建設(shè)者都遇到了軟硬不均、特別堅(jiān)硬的地層，可以說(shuō)，盾構(gòu)施工過(guò)程中的挑戰(zhàn)無(wú)處不在。

2013年3月26日，洪開(kāi)榮主持的中鐵隧道集團(tuán)首個(gè)973計(jì)劃“先進(jìn)數(shù)字化制造裝備技術(shù)基礎(chǔ)”項(xiàng)目“基于高效破巖的盾構(gòu)刀盤刀具數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究”課題在北京正式通過(guò)國(guó)家科技部專家組驗(yàn)收。

洪開(kāi)榮介紹，刀盤刀具數(shù)字化研究針對(duì)典型地質(zhì)狀況和工程環(huán)境條件，緊緊圍繞盾構(gòu)裝備的地質(zhì)適應(yīng)性，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，開(kāi)展刀盤應(yīng)力狀態(tài)分布特征、刀盤刀具與圍巖相互作用規(guī)律的研究。結(jié)合重慶地鐵六號(hào)線典型地質(zhì)，洪開(kāi)榮帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，用兩年的時(shí)間自主創(chuàng)新研制了直徑2m、刀間距可調(diào)的回轉(zhuǎn)式盾構(gòu)刀具巖機(jī)作用綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，同時(shí)也是國(guó)際唯一的一臺(tái)三刀巖機(jī)作用綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；完善了刀盤刀具高效破巖理論模型，開(kāi)發(fā)了刀盤數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，能夠有效指導(dǎo)制造企業(yè)研制高破巖效率的盾構(gòu)刀盤刀具，帶動(dòng)了自主設(shè)計(jì)制造盾構(gòu)主機(jī)和關(guān)鍵部件產(chǎn)品的創(chuàng)新。

“這是中鐵隧道首個(gè)973課題，我們既要當(dāng)開(kāi)路先鋒，引領(lǐng)盾構(gòu)施工工程實(shí)踐，也要做盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域數(shù)字化智能化創(chuàng)新的追夢(mèng)人。”洪開(kāi)榮說(shuō)。

瞄準(zhǔn)盾構(gòu)智能化  建設(shè)國(guó)家公共研究平臺(tái)

洪開(kāi)榮說(shuō)：“盾構(gòu)國(guó)產(chǎn)化是我們的使命，我們必須做行業(yè)科技創(chuàng)新的引領(lǐng)者。”盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正是帶著使命應(yīng)運(yùn)而生的。

經(jīng)國(guó)家科技部批準(zhǔn)，依托中鐵隧道集團(tuán)建設(shè)，盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2012年4月在鄭州揭牌，2012年11月通過(guò)國(guó)家科技部驗(yàn)收，正式納入國(guó)家科技部管理序列，成為第二批依托企業(yè)和轉(zhuǎn)制院所建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中首家建成、首家通過(guò)驗(yàn)收的實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)速度、建設(shè)規(guī)模、建設(shè)成果得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可和一致好評(píng)。

“盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為建筑施工行業(yè)唯一的國(guó)家公共研究平臺(tái)，要更明確自身的定位和優(yōu)勢(shì)，我們要如同周濟(jì)院長(zhǎng)所說(shuō)，瞄準(zhǔn)盾構(gòu)數(shù)字化智能化目標(biāo)，在產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)盟構(gòu)建的過(guò)程中發(fā)揮國(guó)家公共研究平臺(tái)的突出作用。”洪開(kāi)榮強(qiáng)調(diào)。

國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已逐步建立起國(guó)內(nèi)一流的技術(shù)研發(fā)基地、人才培養(yǎng)基地和學(xué)術(shù)交流基地，與國(guó)內(nèi)外的盾構(gòu)生產(chǎn)制造廠家、盾構(gòu)施工應(yīng)用企業(yè)、高校及科研院所有著密切的聯(lián)系，能夠快速有效的整合盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈的上下游優(yōu)勢(shì)資源，把機(jī)械、施工工藝、新襯砌及相應(yīng)機(jī)械、地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)、地面探查新技術(shù)及地面處理技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉的聯(lián)合研究和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)楊華勇教授作為國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，在國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中十分重視將國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與高校的基礎(chǔ)理論研究結(jié)合起來(lái)，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與浙江大學(xué)聯(lián)合開(kāi)展的“盾構(gòu)裝備自主設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”課題于2013年1月獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

目前國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的十一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行使用，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠遠(yuǎn)程連接盾構(gòu)施工項(xiàng)目，通過(guò)數(shù)字仿真系統(tǒng)采集和分析施工數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)解決地面變形、掘進(jìn)失效、方向失準(zhǔn)等國(guó)際公認(rèn)的難題提供理論支撐，目前遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)已在長(zhǎng)株潭城際鐵路項(xiàng)目、重慶地鐵六號(hào)線等項(xiàng)目展開(kāi)試點(diǎn)，成功解決了長(zhǎng)株潭鐵路掘進(jìn)過(guò)程中的控制問(wèn)題、重慶地鐵六號(hào)線的刀盤刀具應(yīng)用等問(wèn)題。

2013年8月，杭州環(huán)城北路地下通道工程在盾構(gòu)施工過(guò)程中突然出現(xiàn)卡盾現(xiàn)象，導(dǎo)致地鐵施工停滯，洪開(kāi)榮收到施工單位的技術(shù)支援請(qǐng)求后高度重視，連夜組織研發(fā)人員趕赴施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)10余天的努力，夜以繼日地檢測(cè)調(diào)試，最終通過(guò)3D測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)盾尾圓度與使用標(biāo)準(zhǔn)的要求偏差較大，指導(dǎo)施工單位根據(jù)精確的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，順利解決了卡盾難題，確保了盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行。洪開(kāi)榮強(qiáng)調(diào)，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有國(guó)內(nèi)一流的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，就是要積極的服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)、服務(wù)施工、服務(wù)企業(yè)，在實(shí)踐中解決盾構(gòu)施工的諸多難題，為技術(shù)研發(fā)和科研創(chuàng)新提供創(chuàng)新思路和理論數(shù)據(jù)。

引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展  加速“大國(guó)重器”中國(guó)夢(mèng)

歷經(jīng)三十多年發(fā)展，中鐵隧道集團(tuán)已經(jīng)擁有掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心和河南省隧道技術(shù)與裝備院士工作站，成長(zhǎng)為集設(shè)計(jì)、施工、研發(fā)、制造為一體、實(shí)力雄厚的綜合性建筑承包商。

盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)依托中鐵隧道集團(tuán)，擁有先進(jìn)的儀器設(shè)備及雄厚的技術(shù)力量。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有成員24人，目前主要從事盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域“刀盤刀具技術(shù)”、“盾構(gòu)施工控制”、“系統(tǒng)集成與控制”三大方向的研究與創(chuàng)新。

自團(tuán)隊(duì)組建以來(lái)，在盾構(gòu)設(shè)備研制、盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)、隧道設(shè)備研制、隧道監(jiān)控量測(cè)與信息化施工技術(shù)、隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究、軟弱破碎圍巖新奧法施工、注漿及防排水、控制爆破、通風(fēng)防塵、巖爆及大變形、瓦斯及揭煤、高應(yīng)力區(qū)及大跨度等特殊隧道施工技術(shù)及新工藝、新材料和新設(shè)備研究等領(lǐng)域，都取得了可喜成果和突破性進(jìn)展。先后獲得8項(xiàng)國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、57項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、8項(xiàng)國(guó)家級(jí)工法、6項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利、26項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利，為盾構(gòu)基地在鄭州投產(chǎn)、高鐵及水下隧道等重難點(diǎn)項(xiàng)目的順利履約及“科技興企”戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

國(guó)家科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼在今年年初“兩會(huì)”接受采訪時(shí)曾提到，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、深化科技體制改革的重心概括起來(lái)是八個(gè)字，“原創(chuàng)、共享、人才、環(huán)境”。萬(wàn)鋼部長(zhǎng)于2013年10月25日親臨國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室考察，要求國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步加強(qiáng)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)的原始創(chuàng)新，加速推進(jìn)盾構(gòu)數(shù)字化智能化國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

“堅(jiān)持盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)、前沿技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究，堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人才共享、資源共享、成果共享，盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室要始終走自主創(chuàng)新道路。”洪開(kāi)榮強(qiáng)調(diào)。

2014年4月12日-13日，國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“深部復(fù)合地層圍巖與TBM相互作用機(jī)理及安全控制”學(xué)術(shù)交流會(huì)暨課題一至六啟動(dòng)會(huì)在河南鄭州召開(kāi)，國(guó)家973計(jì)劃“深部復(fù)合地層圍巖與TBM的相互作用機(jī)理及安全控制”項(xiàng)目是由武漢大學(xué)、盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中鐵隧道集團(tuán)有限公司）、同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、重慶大學(xué)、北京交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、山東大學(xué)等8家單位共同承擔(dān)，由武漢大學(xué)劉泉聲教授任首席科學(xué)家。該973計(jì)劃項(xiàng)目的研究就是要有效解決地質(zhì)適應(yīng)性與施工風(fēng)險(xiǎn)控制這2個(gè)世界級(jí)難題。通過(guò)研究巖機(jī)作用機(jī)理提高TBM的地質(zhì)適應(yīng)性，通過(guò)研究安全控制體系，有效控制TBM施工風(fēng)險(xiǎn)，為TBM的高效掘進(jìn)和安全掘進(jìn)及文明施工提供理論指導(dǎo)，從而推動(dòng)TBM及掘進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

洪開(kāi)榮表示，這個(gè)國(guó)家級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)瞄準(zhǔn)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)前沿領(lǐng)域，在復(fù)雜地質(zhì)、大斷面、長(zhǎng)距離越江盾構(gòu)隧道修建技術(shù)和配套技術(shù)、城市地鐵軟土、軟硬不均地質(zhì)和復(fù)雜周邊環(huán)境下盾構(gòu)隧道修建技術(shù)、小斷面盾構(gòu)隧道修建技術(shù)及配套技術(shù)方面得到提升和發(fā)展；在大直徑敞開(kāi)式TBM施工技術(shù)，TBM 與鉆爆混合法施工技術(shù)方面得到提高，繼續(xù)保持國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，總體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；將持續(xù)開(kāi)展盾構(gòu)數(shù)字化智能化研究，為中國(guó)盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的跨越式發(fā)展提供豐富的應(yīng)用基礎(chǔ)理論創(chuàng)新研究成果。同時(shí)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外高等院校及科研院所，持續(xù)培養(yǎng)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的高端人才、復(fù)合人才和創(chuàng)新人才，為企業(yè)、行業(yè)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新提供智力支持和技術(shù)支撐。