全球最大断面类矩形盾构隧道在甬贯通
2016-11-12
（原标题：全球最大断面类矩形盾构隧道在甬贯通）
11月11日上午10时30分，伴随着几阵轰鸣，“阳明号”盾构机巨大的双刀盘缓缓破土而出，宁波轨道交通3号线出入段线工程贯通。
这条长420米的隧道，书写了中国乃至世界地铁史——国内第一条城市轨道交通类矩形盾构隧道、目前世界上最大断面类矩形盾构隧道。
类矩形盾构隧道有什么特殊？记者在现场看到，整个隧道整体呈现矩形，四个顶角为弧形。要知道，一般地下空间盾构隧道通常是两个圆形隧道。
“两个圆隧上下左右空间浪费比较大，类矩形盾构机挖掘的隧道空间使用率提升35%以上。”上海隧道工程有限公司副总工程师黄德中说，而且矩形隧道埋深相对浅，从推进效率、造价成本，还是就车辆通行而言，都有不小的优势。
挖掘这条“特牛”隧道的盾构机，有个好听的名字“阳明号”，更有丰富的内涵：它是我国首台城市轨道交通类矩形盾构机，由宁波轨道交通与上海隧道共同研发。目前，该技术已申请国家发明专利37项，软件著作权5项，国内外重要核心期刊发表论文48篇。
眼前的”阳明号“是个”巨无霸“，机头近10.5米，配套台车5节共达59米。
与一般圆形盾构机前面只有一个大刀盘不同，“阳明号”头部切削装置由两个X型大刀盘和1个偏心多轴刀盘组成。据悉，通过红蓝两组刀片交错旋转，可实现土体切削无盲区。
管片拼装技术与刀盘系统一样，达到世界领先水平。”阳明号“的管片拼装系统，是两台3个关节可自由摆动的拼装机器人串联，实现了不规则断面下，管片自动拼装加人工对位。
随着3号线出入段线贯通，这台全球最大断面的类矩形盾构机——“阳明号”将被正式用到宁波轨道交通4号线大卿桥—翠柏里—双东路区间工程施工。
据悉，明年上半年“阳明2号”也将面市，接下来还将在宁波轨道交通4号线、2号线二期镇海段、5号线等工程上进一步推广运用。
类矩形盾构技术还有更广泛的应用。宁波市轨道交通工程建设指挥部副总指挥、总工程师朱瑶宏称，由于类矩形盾构机具有施工扰动小，避免大量拆迁，施工高效，不影响地面交通和地上地下构筑物等优点，在集约节约利用空间的当下及将来，可广泛用于地下人行、车行地道、轨道交通、共同管沟等地下空间工程。
新闻多一点
一次“冒险”的完美试验
宁波轨道交通3号线出入段线工程，全长420米。原来这段隧道的开挖方法是传统的明挖暗埋法，去年11月30日，“阳明号”在高塘桥站南端井始发，现在它成为中国乃至世界轨道交通史上的一个标志：全球最大断面类矩形盾构隧道，也是全国首条类矩形隧道。
举世瞩目的背后，是异常艰辛。从中标、研发到投用，两年时间里，谁都不敢拍胸脯肯定成功，而万一失败，对各方都是沉重的打击，毕竟这台盾构机仅研发经费2500万元左右，比普通盾构机高出不少。
为消除顾虑，建设方宁波轨道交通，和承包方上海隧道股份共同承担新技术研发的风险：建设方投入研发经费，承包方承担机器制造经费；承包方因技术问题导致试验段工程无法推进时，利用其他工法继续完成试验段工程施工，建设方不再追加投资。此外，承包方还给工程上了千万级的保险。
为什么短短的420米的隧道，要冒这么大的风险，只是为了争几个第一？
当然不是。这里只是“试验田”，最初要挖“非圆形”隧道为的是解决地铁4号线大卿桥—翠柏里—双东路区间工程施工。
这段隧道位于老城区狭窄道路下方，传统的圆形盾构施工，不可避免地会影响到地面老旧楼房。
可不可以挖一条隧道，尽量缩小占用空间，减少拆迁量，降低对楼房、地面交通和整个周边环境的影响？
宁波市轨道交通工程建设指挥部副总指挥、总工程师朱瑶宏大胆设想：何不尝试双线一次成型的矩形盾构法？
一台谁也没造过的机器
超大断面的矩形盾构机，国内不曾有。宁波轨道交通的科研人员向目光投向了日本。
20世纪80年代，日本针对浅层地下空间日趋饱和环境保护问题，进行了矩形盾构在内的异形断面盾构隧道技术的开发及应用，先后生产了15台异形断面盾构机。
2014年年初，朱瑶宏一行人去日本考察，参观了几条异形断面盾构隧道，听了不少当年参加设计的日方专家的介绍。
可日本盾构机眼下不再生产，即便有，日本盾构技术也不适合拿到中国直接应用和推广，因为日本地铁隧道管片用的是昂贵的全钢管片，而我国常用的份量更重的水泥管片。
朱瑶宏意识到，他们要造一台谁也没造过的异形盾构机。
不过，他认为，我国盾构机制造、隧道设计和施工能力近年迅速提升，国内团队已经具备了开发超大矩形盾构的条件。
构筑这条“似圆似方”的“类矩形”隧道，前前后后模拟了近20多种不同形状的断面。通过模拟计算分析，最后敲定了类矩形结构，隧道中间设置立柱，抗变形能力达到最优。
为了证明类矩形盾构隧道的耐受性，研发团队设计了整环隧道破坏性实验。实验证明，模型变形范围完全在允许范围之内。
2015年9月底，“阳明号”研发成功。当年11月30日，我国自主研发的全球最大断面的类矩形隧道盾构机在3号一期工程高塘桥站南端井始发。
“前无古人”的“阳明号”，获得了包括孙钧院士、国际隧道协会前主席In-MoLee等国内外知名隧道专家的认可和赞誉，引来新加坡、新西兰、日本、韩国等国内外专业团队百余次到访取经。
一项产学研结合的典范之举
从2015年1月6日招标完成，到“阳明号”成功研发，仅用了10个月的时间。
“宁波速度”的创作，依凭的是产学研高效、有机合作。
在项目管理中，宁波轨道交通方面首次尝试“科研、设计、施工总承包”的管理模式，引入盾构设备制造、设计、施工企业及科研院所等优势力量共同参与“联合体”承包模式。
“阳明号”联合科研团队，由宁波轨道交通、上海隧道股份、上海隧道院、同济大学、上海交大等十多个单位一百多位科研人员组成。
“这样以需求层面为导向的大规模、多方面的产学研深度合作，除非在‘国家队’，地方上是鲜有的。”宁波市轨道交通有限公司总工程师朱宏瑶说，“取名‘阳明号’，也是对‘知行合一’的践行。”
此外，类矩形盾构技术研发过程中，得到了包括孙钧、钱七虎、梁文灏、杨华勇等多位院士，以及日本地域地盘环境研究所所长桥本正在内多位隧道领域相关权威的帮助。
“阳明号”实践的成功，也让勇于创新的宁波轨道交通看到又一“好处”。共担风险之外，也共享成果。在后续工程中，施工方用这项技术在外地城市施工时，每推进隧道1米，将返还1万元给宁波轨道交通方面，5000万元封顶。这样一来，收回了此项技术创新的前期投入。
记者张璟璟通讯员徐昭
本文来源：宁波网
