洪開榮盾構(gòu)技術(shù) 志在穿越

文/本刊記者 翟媛媛

攝影記者 賈志遠(yuǎn)

●重點實驗室專題采訪

洪開榮盾構(gòu)技術(shù) 志在穿越

文/本刊記者 翟媛媛

攝影記者 賈志遠(yuǎn)

洪開榮師從隧道和地下工程著名專家、中國工程院院士王夢恕，現(xiàn)任中鐵隧道集團(tuán)有限公司總工程師、盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室主任，長期從事我國盾構(gòu)施工的科研與管理工作，享受國務(wù)院政府特殊津貼

像每個成功人士一樣，洪開榮很忙。中鐵隧道集團(tuán)2010年在建項目296個，作為技術(shù)神經(jīng)系統(tǒng)的中樞，他天南海北到處飛。就連我們踏入他辦公室的那一刻，還有很多人圍著他匯報工作。他說，今天在洛陽，明天就去珠海了。他打趣說自己是“游擊隊”、“地下工作者”。這么形容也恰如其分，因為這是隧道及地下工程的性質(zhì)決定的。

開通運營了一段時間的鄭州到西安的高鐵，運行時間不到兩個小時，這在過去是無法想象的。這讓洪開榮與他的同事們感到分外高興和自豪。他們這些地下工作者最大的愿望就是，運用他們的盾構(gòu)技術(shù)給人們的出行創(chuàng)造便利和舒適，路走得更平坦。他說，讓遙遠(yuǎn)的期盼變成轉(zhuǎn)瞬的擁抱，讓坎坷的路程變成平坦的大道，就是他們的奮斗目標(biāo)。“遇山開路，逢水架橋”的理念，在中鐵隧道實現(xiàn)了“遇山逢水一隧穿越”的飛躍，志在穿越，這是他們這些盾構(gòu)技術(shù)“地下工作者”的心愿。

實驗室引領(lǐng)盾構(gòu)技術(shù)前沿

2010年，河南省申報國家重點實驗室實現(xiàn)了零的突破，洪開榮帶領(lǐng)的盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室名列其中。國家重點實驗室一定要代表一個國家在相應(yīng)領(lǐng)域的最高技術(shù)水平。洪開榮說，這個榮譽來之不易，同時也很有壓力。為了捍衛(wèi)這個無尚榮譽，整合資源，開放思路，引領(lǐng)盾構(gòu)行業(yè)的發(fā)展是他們現(xiàn)在和未來的努力方向。

盾構(gòu)，是一種用于地下隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖、土渣排運、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的隧道施工機(jī)械。作為目前承載世界最前沿技術(shù)的隧道施工機(jī)械，盾構(gòu)被公認(rèn)是衡量一個國家裝備制造業(yè)水平和能力高低最具代表性的重大關(guān)鍵裝備。

30年前，我國的隧道施工技術(shù)落后國際30年。如今我國已成為世界隧道大國，施工水平躋身國際先進(jìn)行列。他回憶說，我國的盾構(gòu)研究最初是一片莽原，雖然從1950年就開始了研究，可是并沒有取得任何突破性進(jìn)展。改革開放以后，加強了對外交流與合作，才開始有所起色，但是行業(yè)整體還是處于與外商合作制造為主的發(fā)展階段。

由于盾構(gòu)設(shè)備制造工藝復(fù)雜、技術(shù)附加值高、價格高昂，我國不得不長期從發(fā)達(dá)國家大量進(jìn)口。專家預(yù)計2015年以前，我國將新建軌道交通65條線，總長度為1700公里，投入施工的盾構(gòu)300臺以上，各類盾構(gòu)未來潛在市場超過200億元，市場前景非常廣闊。龐大的市場和巨大的外匯支出，讓實力強大的國外盾構(gòu)制造商虎視眈眈，也讓中鐵隧道集團(tuán)的工程技術(shù)人員感受到肩負(fù)的責(zé)任。

為振興民族裝備制造業(yè)，打破“洋盾構(gòu)”一統(tǒng)天下的局面，十幾年來，洪開榮和中鐵隧道的同仁們始終致力于盾構(gòu)的自主研發(fā)，消化了幾乎所有國外先進(jìn)的盾構(gòu)技術(shù)，完成了從盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研制到整機(jī)的研制過程，打造出中國裝備制造業(yè)自己的盾構(gòu)品牌。經(jīng)有關(guān)部門鑒定，他們自主研發(fā)的盾構(gòu)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，由于地質(zhì)適應(yīng)性強，其功能已超過了德國、法國、日本等國同類產(chǎn)品，盾構(gòu)掘進(jìn)速度比傳統(tǒng)機(jī)械快4～10倍，并促使進(jìn)口盾構(gòu)不得不每臺降價近千萬元，結(jié)束了洋盾構(gòu)壟斷我國市場的局面，同時也實現(xiàn)了我國隧道施工技術(shù)的飛躍。

早在2002年，在國家重點實驗室立項之前，中鐵隧道集團(tuán)就成立了盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)中心。那時，洪開榮和他的同事們依托重點工程，聯(lián)合國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，通過應(yīng)用基礎(chǔ)研究與工程實踐驗證，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)制造和生產(chǎn)成套技術(shù)產(chǎn)業(yè)。近年來，在盾構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域獲得國家發(fā)明專利9項，實用新型專利16項，形成了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果。同時，實驗室負(fù)責(zé)我國盾構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，近3年制定盾構(gòu)技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)1項，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項；在盾構(gòu)制造和隧道建設(shè)過程中得到了較好的應(yīng)用。

從實踐中發(fā)現(xiàn)問題，從實驗中找到答案，在產(chǎn)業(yè)化基地形成產(chǎn)品，這種產(chǎn)學(xué)研用一條龍模式，讓洪開榮和他的團(tuán)隊嘗到了甜頭。他們于2008年4月研制出了國內(nèi)首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合盾構(gòu)，并成功應(yīng)用于天津地鐵3號線。據(jù)了解，中國中鐵隧道集團(tuán)在新鄉(xiāng)的盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化基地，其年能為每產(chǎn)20臺套；目前，又在鄭州新建成全國最大的盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化基地，鄭州基地形成了年產(chǎn)40臺（套）的生產(chǎn)能力。鄭州地鐵建設(shè)僅一號線就需要14臺盾構(gòu)，而且盾構(gòu)是高投入、高損耗設(shè)備，每臺造價在4 000萬元左右，使用壽命為8～10千米。粗略統(tǒng)計，在鄭州地鐵1 000億元的投資中，盾構(gòu)設(shè)備占30億元左右。

一臺盾構(gòu)的生產(chǎn)周期一般為8個月，從組裝到進(jìn)入實質(zhì)工作則需2個月。新研發(fā)的中國中鐵盾構(gòu)，其控制系統(tǒng)已將國外普遍采用的集中控制方式改進(jìn)為分布式I/O控制，使盾構(gòu)拆裝機(jī)時間縮短，故障減少，成本降低，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。對渣土改良系統(tǒng)也進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，自動化程度進(jìn)一步增強，大幅提高了施工效率，節(jié)約了成本并減小了施工風(fēng)險。

接受采訪時，他并沒有過多地談到自己，他說這樣大型的工程機(jī)械不是靠一個人的力量能完成的，團(tuán)隊合作才能出成果。實驗室綜合部部長王軍說：洪總最大的魅力在于人格和學(xué)術(shù)兩個方面。他為人低調(diào)、工作踏實。在盾構(gòu)學(xué)術(shù)方面，他是我國最早一批的研究型人才之一，研究成果層次高，參與的國家項目也很多。哪里有盾構(gòu)技術(shù)難題，哪里需要啃硬骨頭時，哪里就有洪總。

地下千變?nèi)f化，每一個工程，每一米掘進(jìn)，都會遇到不同的問題，每個工程都是一個獨特的案例。

從工程中總結(jié)出管理創(chuàng)新模板

地下地層千變?nèi)f化，每一個工程，每一米掘進(jìn)，都會遇到不同的地質(zhì)問題，可以說，每個工程就是一個獨特的案例，沒有一樣是重復(fù)的，工程創(chuàng)新就是在這種環(huán)境誕生的，洪開榮也是在這種特殊的條件下成長成熟的。當(dāng)我們問到他的一生中經(jīng)歷的最驚心動魄的工程時，他想了想說：多了！但盾構(gòu)掘進(jìn)很多時候就像一個巨大而繁雜的地質(zhì)手術(shù)，不可預(yù)知的危險隨時存在，必須做好風(fēng)險管理和安全評估，地下工程才能逢兇化吉。

長期的工程實踐，他養(yǎng)成了從實際問題出發(fā)，解決難題的習(xí)慣。無論是現(xiàn)在熱門的地鐵、高鐵還是海底隧道的掘進(jìn)難題，還是城市管道建設(shè)問題，洪開榮都會提出一些針對性的意見和建議。

洪開榮說，數(shù)百年來遇水架橋的思維也正逐漸被打破，穿越大江大河甚至海底都已不再是夢想。特別是沿江沿海地區(qū)，城市空間非常有限，建設(shè)橋梁將一定程度上妨礙水運的暢通，占地、拆遷、運營、噪聲突出，而隧道出入口占地少、不擾民，優(yōu)勢很大。因此，向地下和水下空間開發(fā)將是必然趨勢。廈門海底隧道、青島膠州灣隧道和武漢、上海、南京長江隧道相繼投入運行，廣州地鐵多次穿越珠江。有關(guān)專家指出，江河海洋地下工程具有廣闊的發(fā)展前景，已成為建筑業(yè)新的發(fā)展領(lǐng)域。

洪開榮和他的團(tuán)隊一直都在這些方面不懈的努力，最出名的當(dāng)屬廣深港鐵路客運專線。這條線路設(shè)計時速350公里，是連通珠江三角洲核心地區(qū)的高等級電氣化鐵路。其中獅子洋隧道是廣深港客運專線的控制性工程，全長10.8公里，面臨長距離在軟硬不均地層掘進(jìn)難題，是目前國內(nèi)最長、標(biāo)準(zhǔn)最高的水下隧道，也是采用盾構(gòu)法施工的國內(nèi)首條特長水下鐵路隧道。獅子洋隧道擁有許多“頭銜”：目前國內(nèi)最長、承受水壓最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的水下隧道，世界速度目標(biāo)值最高的水下鐵路隧道之一，國內(nèi)首次采取“相向施工、地中對接、洞內(nèi)解體”的方式掘進(jìn)，國內(nèi)大直徑盾構(gòu)第一次在長距離軟硬不均地層的施工……這都標(biāo)志著我國水下隧道修建技術(shù)的新進(jìn)展。洪開榮作為項目經(jīng)理，全面領(lǐng)導(dǎo)了項目的運行。

他提到在修海底隧道時的驚心動魄，特別是帶壓進(jìn)倉。這是一項風(fēng)險大、效率低、成本投入大、技術(shù)難度高的工作。而且隨著埋深的增加壓力還要進(jìn)一步加大，這是對人體能和生命的挑戰(zhàn)，隨時可能出現(xiàn)漏氣造成掌子面坍塌的風(fēng)險。尤其是在高達(dá)5.2bar水壓下作業(yè)國內(nèi)外罕見。進(jìn)倉作業(yè)人員面臨心理、體力、耐力、毅力等各方面的嚴(yán)峻考驗。為了防止高水壓下地下水直接涌入，保持工作面穩(wěn)定，洪開榮帶領(lǐng)研究人員晝夜監(jiān)測。2009年11月，盾構(gòu)掘進(jìn)3 350米處遭遇到650米的破碎帶，隨著隧道頂部覆土減薄和江水的加深，掌子面穩(wěn)定極差，尤其尾刷漏漿，盾構(gòu)被卡，情況極其危急。洪開榮和相關(guān)專家領(lǐng)導(dǎo)及時溝通，果斷采取措施，成功脫困。

洪開榮深有感觸地說，在獅子洋隧道施工中，他實現(xiàn)了對項目管理的升華。為了實施信息化管理，還引入遠(yuǎn)程視頻音頻監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員在辦公室里就能對盾構(gòu)施工全過程進(jìn)行有效監(jiān)控和管理；為了創(chuàng)新管理，他們率先引進(jìn)“精益項目信息管理系統(tǒng)”，對施工中各種信息進(jìn)行有效管理，解決了大型項目存在的分散管理、信息不暢、管理跨度大等難題，實現(xiàn)了項目管理集中統(tǒng)一管控、信息共享和發(fā)揮整體優(yōu)勢等功能，真正做到了“進(jìn)度分析到分鐘、成本控制到螺釘、物資采購零庫存”，實現(xiàn)了管理升級。

早在上世紀(jì)九十年代中后期，洪開榮就作為技術(shù)骨干參與了我國第一個海底儲氣工程——汕頭LPG工程。中鐵隧道集團(tuán)在國內(nèi)首次采用國際先進(jìn)的水幕技術(shù)，戰(zhàn)勝幾次大涌水，成功攻克了廣澳半島復(fù)雜的地質(zhì)難題和三條大斷層。1999年12月，汕頭海底儲氣工程正式投入運營。洪開榮主持完成的“大型地下水封式液化石油氣儲藏洞庫修建技術(shù)”項目，其研究成果獲2004年華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)一等獎，在能源儲藏和地下洞庫的建設(shè)方面樹立了典范。

目前，中鐵隧道集團(tuán)公司在獅子洋隧道建設(shè)中總結(jié)出“一種盾構(gòu)隧道管片同步注漿方法和裝置”、“一種盾構(gòu)進(jìn)倉方法”兩項國家發(fā)明專利，逐步探索出了一套軟硬不均地層特長水下隧道泥水盾構(gòu)施工技術(shù)，為我國建設(shè)類似長大水下與海底隧道建設(shè)提供了具體參數(shù)和借鑒。該項目率先到達(dá)合同分界里程并三次追加任務(wù)，并且問鼎了2009年“國際項目管理大獎”銀獎，創(chuàng)造了國內(nèi)外隧道施工多項記錄，向世界展示了當(dāng)代中國鐵路項目管理水平。

怎么集合高層次人才的獨特想法，集思廣益，為我所用，是作為一個領(lǐng)導(dǎo)者最基本的能力。

以高層次人才帶動技術(shù)進(jìn)步

這些年來，洪開榮帶領(lǐng)的團(tuán)隊參與了眾多國家重點工程的建設(shè)，在施工中及時反饋信息，不斷豐富并完善著盾構(gòu)的研制開發(fā)，有效地解決了盾構(gòu)施工中遇到的各種問題。洪開榮驕傲地說，他們目前已經(jīng)解決普通盾構(gòu)只適應(yīng)軟土層掘進(jìn)的弊端，攻克了硬巖掘進(jìn)的瓶頸，向更高層次的盾構(gòu)技術(shù)邁進(jìn)。

2009年8月16日，由中鐵隧道生產(chǎn)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的首臺直徑6.3米，機(jī)身長75米的“中國中鐵二號”盾構(gòu)在新鄉(xiāng)下線，用于鄭州地鐵1號線中原東路站至紫荊山站區(qū)間的施工。

該盾構(gòu)“軟硬通吃”，具有較強的地質(zhì)適用性，在適應(yīng)彎道施工、轉(zhuǎn)向糾偏、滾動糾偏、改善地質(zhì)條件等方面取得了明顯進(jìn)步。設(shè)計還充分考慮了盾構(gòu)施工在刀盤受困狀態(tài)下的緊急處置方式和帶壓進(jìn)艙作業(yè)時的安全保護(hù)，以及應(yīng)對涌水等突發(fā)事件的能力。

洪開榮說，中鐵隧道股份公司鄭州地鐵項目部承擔(dān)了鄭州地鐵1號線最難標(biāo)段的施工任務(wù)。在掘進(jìn)過程中，最擔(dān)心的不是機(jī)器的掘進(jìn)技術(shù)和速度，而是途徑繁華商業(yè)圈的地鐵在盾構(gòu)吊出井的地面建筑物清除。特別是人民路涉及“二七廣場”與紫荊山兩大商圈的動脈，為了將對人民路的交通影響降到最低，施工技術(shù)人員曾經(jīng)52個小時未合眼，3周掘進(jìn)600m。其中技術(shù)人員的協(xié)調(diào)和管理能力都受到了前所未有的考驗。

相比起起步之初的艱難，洪開榮覺得這些都是小困難。由于當(dāng)時國產(chǎn)盾構(gòu)研發(fā)領(lǐng)域?qū)崒倏瞻?，研發(fā)經(jīng)驗嚴(yán)重不足，科研人才極度匱乏，甚至連一套基本資料在國內(nèi)都難以完整找到。沒有教材，科研團(tuán)隊就從最原始的簡單設(shè)計圖紙開始，聚集在盾構(gòu)施工現(xiàn)場，展開熱烈討論，相互啟發(fā)思路，盡快熟悉盾構(gòu)結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理。也正是這樣的全方位鍛煉，培養(yǎng)出一批實戰(zhàn)能力強硬的盾構(gòu)施工和研發(fā)人員，為加快盾構(gòu)國產(chǎn)化步伐打下了堅實的基礎(chǔ)。

如今，中鐵隧道從事這一領(lǐng)域工程設(shè)計、前期科研和工程建設(shè)的人員達(dá)到近3000人，再加上盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)重點國家實驗室的建立，中鐵隧道的專家和人才隊伍還在不斷的壯大。其中不僅有具備自主創(chuàng)新能力的盾構(gòu)研制專家，更有已經(jīng)涉足盾構(gòu)領(lǐng)域10多年之久的土木專家，還培養(yǎng)出一大批具有相當(dāng)水平的高級技工人才。這支平均年齡不足30歲的科研隊伍不僅有理論基礎(chǔ)，而且在盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)性方面積累了豐富的施工技術(shù)和經(jīng)驗，這種雙重優(yōu)勢在國內(nèi)行業(yè)中是少有的。

目前盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家實驗室擁有科研及管理人員51人。高層次人才多，高級職稱以上人員占42%。但實驗室畢竟和工程現(xiàn)場是有所區(qū)別的，實驗室人才是復(fù)合型的，不僅有機(jī)械、電器、控制等高端人才，也有土木、機(jī)電等應(yīng)用型人才。個人能力有限，怎么集合高層次人才的獨特想法，集思廣益，為我所用，是作為一個領(lǐng)導(dǎo)者最基本的能力。洪開榮說，他的工作除了搞研究，就是啟發(fā)大家怎么做工作。在實驗室里，必須有一套完整的技術(shù)管理體系，項目策劃定好以后，要統(tǒng)一思想，確保大家有一個好的精神狀態(tài)，有序進(jìn)行，甚至連施工過程中的問題對策都要提前設(shè)想好，做好預(yù)案才能處事不驚。

說到這里，洪開榮還給我們說盾構(gòu)具有“四高”特征，也就是具有“高科技、高投入、高效率、高風(fēng)險”的特點，因此他自己總結(jié)出了盾構(gòu)及盾構(gòu)工程的“三從管理”與“四得技術(shù)”：即管理上“從地質(zhì)入手、從設(shè)備挖潛、從運轉(zhuǎn)抓效”；技術(shù)上要做到“掘得進(jìn)、穩(wěn)得住、吐得出、耐得久”。

在談到我國目前的盾構(gòu)研究與國外相比的差距時，洪開榮自信地說，雖有差距，但距離不大。

這對一直處于弱勢的民族裝備制造業(yè)來說，無疑是個鼓舞。洪開榮說，在工程技術(shù)處理上，我國的工程技術(shù)人員更敏銳更有優(yōu)勢，刀盤設(shè)計更好，在操作上更靈活，在盾構(gòu)的把握上有獨到的見解。只是在盾構(gòu)關(guān)鍵部件加工和制造上有差距，這個問題也必須加以重視，發(fā)展好我國自己的裝備制造業(yè)才是治標(biāo)治本的辦法。

洪開榮說，在精度和抗疲勞等細(xì)節(jié)方面，他們已經(jīng)相關(guān)高院和研究院所開了研究合作。在驅(qū)動設(shè)備、變頻技術(shù)等方面，我們還是弱項，可能要被“卡脖”，要想盾構(gòu)制造工業(yè)發(fā)展得更長久，就必須加大技術(shù)力量和資金投入，研制出我們自主知識產(chǎn)權(quán)的裝備設(shè)備。一方面可以降低成本，一方面應(yīng)對國外可能隨時采取的技術(shù)封鎖。

在采訪過程中，洪開榮一直是微笑的，這種心態(tài)是一個領(lǐng)導(dǎo)者自信和樂觀的表現(xiàn)。聽說他們一直在為實驗室招募人才，考慮到地域問題的局限，我們著實為他們捏了把汗。可是洪開榮心里明白，雖然在更高層次人才引進(jìn)方面與一線城市相比確實有差距，但只要以心換心，對人真誠，配合不斷改進(jìn)的配套體制和機(jī)制，實驗室有能力把人才留在河南、扎根河南。他堅信，有國家重點實驗室這個金字招牌和“求真無畏、進(jìn)取不息”的實驗室文化，按照“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的運行原則，具有真才實學(xué)的技術(shù)人才必將會這里大有作為！