新书 | 陈建福 等：复杂环境海底地铁隧道建造技术
文摘
科学
2024-09-30 10:15
北京
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Introduction to the author
陈建福，正高级工程师，2006年以来一直主持大直径及水下盾构相关业务工作，参加了南京长江隧道、长株潭城际铁路、扬州瘦西湖隧道、厦门地铁2号线与6号线、新建南崇铁路、北京东六环改造工程等项目的施工。先后荣获"2023年茅以升科学进步奖"、江苏省333人才、省部级科学技术一等奖4项、省部级科学技术二等奖3项；省部级工法6项；各类期刊发表论文14篇（中文核心5篇）、获得专利17项（发明专利7项）。
任厦门地铁2号线跨海区间项目经理期间，对“海域复杂环境地质条件下海底地铁盾构隧道施工技术研究与应用”进行了系统研究，以中国工程院院士钱七虎为组长的专家组一致将厦门过海隧道总结的成果评定为“国际领先”。任大盾构公司总工程师期间，组织承接国家级重点研发计划4项，省部级重点研究课题3项。组织承办4次大盾构国内、国际交流合作与论坛，推动行业发展。“十四五”期间，参加策划和组织实施10m以上大盾构项目11个，多次组织参与超大直径盾构地中对接、极硬岩地层高效掘进等的方案论证、设备选型。正在推动“超大直径盾构同步推拼”“盾构刀盘自主焊接”“承插式管片＋双液浆综合技术”等技术的研究。
盾构机被誉为工程机械之王,是国家装备制造业整体实力的集中体现,而大直径盾构机在工程机械领域更是堪称“皇冠上的明珠”,它集隧道掘进、出渣、衬砌拼装、导向纠偏等功能于一体,是穿江越海实施大断面隧道施工不可或缺的“国之重器”。近二十年来,随着城市化进程的加快及交通需求的迅猛增长,隧道工程不断朝着大埋深、大断面、长距离的方向发展,大直径盾构的应用日益增多,隧道断面利用形式也越来越灵活。从长江之滨到黄河两岸,从湖泊浅滩到海湾深处,从“ 京津冀” 到“ 长三角” 再到“ 粤港澳大湾区”……面向国家重大战略工程需求,面对环境艰险复杂区域、城市核心密集敏感区、江河海峡等高风险水域的建设挑战,立足“ 科技自立自强”,穿越“ 江河湖海城” 下的大盾构隧道修建技术日益发展与完善。因此,及时对工程项目及科研创新成果进行总结,梳理凝练百花齐放、因地制宜又各具特色的大盾构隧道修建核心技术方法体系,对于推动我国隧道及地下工程技术进步和重大装备的创新发展具有重要意义。中铁十四局集团有限公司作为我国盾构施工领域的代表性企业,是我国盾构研制及施工技术实现从无到有、从小到大、从弱到强、从“ 跟跑” 到“ 并跑” 再到“ 领跑” 华丽转变的见证者和参与者,更是我国水下盾构隧道掘进机制造和复杂地质条件下盾构隧道建造技术达到世界先进水平的攻关者和推动者。从10m 级到13m 级,再到16m 级……不断向更大、更深、更长、更难的盾构隧道发起挑战———攻克了水压最大(深江铁路珠江口隧道,1.06MPa)、埋深最大( 深江铁路珠江口隧道,106m)、覆土最浅( 常德沅江隧道,4.6m)、岩石最硬( 厦门地铁2号线穿海隧道,192MPa)、地质最复杂( 南京和燕路隧道,上软下硬、长距离硬岩、岩溶密集、断层破碎带及冲槽叠加段)、距离最长(通苏嘉甬高铁苏州东隧道,11817m)、长距离并行高铁且距离既有构筑物最近( 上海机场线盾构隧道,0.7m)、直径最大(济南黄岗路穿黄隧道,17.55m)等施工难题,在铁路、公路、市政、水利、能源等专业领域的大直径盾构隧道工程中,积累了丰富的技术、管理经验。“一代技术带来一代工程的革命”,丛书依托中铁十四局集团有限公司在众多典型工程项目中的科研创新及技术攻关成果,聚焦大直径盾构隧道修建的核心技术,秉持“标准化、精细化、智能化、科学化”的发展理念,依托在躬身潜行、不断刷新掘进纪录过程中积累的海量数据和技术经验,致力于通过系统凝练诸多基础性理论研究成果和突破性技术,构建具有自主知识产权的大直径盾构隧道修建关键核心技术体系。大盾构的创新进取之路才刚刚开启,探索地下空间的漫漫征途徐徐铺展,期待系列丛书持续记录大盾构技术发展、突破的历程,系统呈现国家战略科技力量多学科协同攻关的原创性、引领性科技成果,体现人工智能、先进制造、绿色低碳等创新驱动要素在隧道工程“ 智能、安全、绿色”融合发展中的关键作用,为推动隧道及地下工程领域的智能建造开辟新的发展赛道。
当前,新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,科学研究范式正在发生深刻变革,学科交叉融合不断发展,科学技术和经济社会发展加速渗透融合。大直径盾构作为我国高端产业发展的代表,在广大科研、建设专业技术人员的共同努力下,创新链产业链日益融合,针对各类地质条件、越江跨海等极端复杂工况的修建技术体系日益完善,正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升。因此,及时对过去一段时期大直径盾构隧道修建技术进行系统的总结,促进知识共享,推动技术进步,对于该领域的安全、有序、高效发展具有重要的推动作用。中铁十四局集团有限公司作为以大盾构为技术核心的施工企业,依托市场需求、集成创新、组织平台的优势,构建了企业牵头、高校院所支撑、各创新主体相互协同的创新联合体,并以此布局构建了集装备设计、研发、施工于一体的全产业链供应体系。依托其承建的国内长、大、深、险等典型盾构工程,通过推进重点项目协同和研发活动一体化,持续开展原创性、引领性技术攻关,在盾构新型刀具与高效掘进、微扰动掘进控制技术、特殊及复杂地层安全掘进技术、“四超”条件下盾构掘进技术、盾构隧道构件智能拼装技术、盾构隧道同步推拼新技术、盾构隧道智能建造技术、盾构浆渣绿色处理技术等关键核心技术方面不断取得突破。“面向挑战与创新的大盾构隧道修建技术系列”是对上述诸多前沿性、突破性科研成果及工程实践经验的系统凝练。瞄准产业发展的制高点,立足科技自立自强,秉承“ 共建、共享、共创、共赢” 的发展理念,丛书汇聚了以京张高铁清华园隧道、济南黄河济泺路隧道、苏通GIL 管廊工程等为代表的100 公里大盾构创新成果,对于引领行业整体技术水平的提升具有重要促进作用。善学者尽其理,善行者究其难。现代工程和技术科学是科学原理和产业发展、工程研制之间不可缺少的桥梁,衷心期待作者团队与行业同人一道,依托丰富的工程实践与产业优势,面对更大直径、更大埋深、更复杂工况的挑战,与时俱进,革故鼎新,凝练科学问题,加强多学科融合的现代工程和技术科学研究,带动基础科学和工程技术发展,持续记录、总结,在大直径盾构隧道修建领域形成完整的共性技术供给体系。随着国家海洋总体方案和区域经济一体化等战略布局的深入实施,大批轨道交通、公路、铁路等大型基础设施工程正面临越江跨海的挑战,相较于其他工法,水下盾构隧道以其安全、高效等优势成为水系发达地区交通建设的首选方案。随着水下盾构隧道直径的不断增大,以及面临的大埋深、高水压和更为复杂的地质条件等新趋势的出现,盾构长距离掘进刀具磨损大、海底高频进仓及换刀控制难、地层沉降控制要求高、成型隧道结构变形精准控制难等技术难题越发凸显,特别是复杂环境地质条件下海底地铁隧道施工面临一系列技术瓶颈。厦门地铁2 号线跨海区间作为我国首条海底地铁隧道,其建设过程中面临孤石及基岩凸起处理难、海底换刀风险大、开挖面稳定性控制难、海底盾构接收技术要求高、盾构矿山段空推控制难等问题。工程建设过程中邀请多位隧道领域专家现场指导,创新性研发了临海超深土岩组合基坑支护与开挖控制技术、基坑爆破减振施工工艺、矿山法地铁隧道施工关键技术、海域段栈桥施工技术、海岛围堰施工关键技术、跨海地铁盾构施工技术等,实现了海域复杂环境地质条件下地铁隧道施工技术的示范性应用。本书以海域复杂地质条件下施工面临的挑战为主线,结合厦门地铁2号线工程实践,围绕跨海地铁装备研制、施工关键技术,系统介绍了跨海地铁隧道盾构设备选型设计、临海超深土岩组合基坑施工关键技术、矿山法地铁隧道施工关键技术、海底地铁隧道风道施工关键技术、跨海地铁盾构施工关键技术、联络通道施工关键技术,全面呈现了厦门地铁2 号线工程修建过程中的技术瓶颈与应对措施。本书对于具体工艺的参数选取、操作步骤均有详细介绍,力图为类似工程提供参考借鉴。通过全面、深入分析研究,实现对复杂环境地质条件下地铁海底隧道关键施工技术的不断提升和完善,以此推动技术的发展。由于编者水平所限,书中的缺点、错误在所难免,恳请广大专家读者批评指正。![]()
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技术|王华伟 等：某大直径盾构隧道安全穿越风险源微扰动控制技术
