洪開榮盾構技術 志在穿越

文/本刊記者 翟媛媛

攝影記者 賈志遠

●重點實驗室專題采訪

洪開榮盾構技術 志在穿越

文/本刊記者 翟媛媛

攝影記者 賈志遠

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，現任中鐵隧道集團有限公司總工程師、盾構及掘進技術國家重點實驗室主任，長期從事我國盾構施工的科研與管理工作，享受國務院政府特殊津貼

像每個成功人士一樣，洪開榮很忙。中鐵隧道集團2010年在建項目296個，作為技術神經系統的中樞，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，運用他們的盾構技術給人們的出行創造便利和舒適，路走得更平坦。他說，讓遙遠的期盼變成轉瞬的擁抱，讓坎坷的路程變成平坦的大道，就是他們的奮斗目標。“遇山開路，逢水架橋”的理念，在中鐵隧道實現了“遇山逢水一隧穿越”的飛躍，志在穿越，這是他們這些盾構技術“地下工作者”的心愿。

實驗室引領盾構技術前沿

2010年，河南省申報國家重點實驗室實現了零的突破，洪開榮帶領的盾構及掘進技術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領域的最高技術水平。洪開榮說，這個榮譽來之不易，同時也很有壓力。為了捍衛這個無尚榮譽，整合資源，開放思路，引領盾構行業的發展是他們現在和未來的努力方向。

盾構，是一種用于地下隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內裝有整機及輔助設備，在盾殼的掩護下進行土體開挖、土渣排運、整機推進和管片安裝等作業，而使隧道一次成形的隧道施工機械。作為目前承載世界最前沿技術的隧道施工機械，盾構被公認是衡量一個國家裝備制造業水平和能力高低最具代表性的重大關鍵裝備。

30年前，我國的隧道施工技術落后國際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行列。他回憶說，我國的盾構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，但是行業整體還是處于與外商合作制造為主的發展階段。

由于盾構設備制造工藝復雜、技術附加值高、價格高昂，我國不得不長期從發達國家大量進口。專家預計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300臺以上，各類盾構未來潛在市場超過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制造商虎視眈眈，也讓中鐵隧道集團的工程技術人員感受到肩負的責任。

為振興民族裝備制造業，打破“洋盾構”一統天下的局面，十幾年來，洪開榮和中鐵隧道的同仁們始終致力于盾構的自主研發，消化了幾乎所有國外先進的盾構技術，完成了從盾構關鍵技術的研制到整機的研制過程，打造出中國裝備制造業自己的盾構品牌。經有關部門鑒定，他們自主研發的盾構已達到國際先進水平，部分關鍵技術已達到國際領先水平，由于地質適應性強，其功能已超過了德國、法國、日本等國同類產品，盾構掘進速度比傳統機械快4～10倍，并促使進口盾構不得不每臺降價近千萬元，結束了洋盾構壟斷我國市場的局面，同時也實現了我國隧道施工技術的飛躍。

早在2002年，在國家重點實驗室立項之前，中鐵隧道集團就成立了盾構及掘進技術中心。那時，洪開榮和他的同事們依托重點工程，聯合國內外相關企業、大學和研究機構，通過應用基礎研究與工程實踐驗證，形成具有自主知識產權的盾構制造和生產成套技術產業。近年來，在盾構技術領域獲得國家發明專利9項，實用新型專利16項，形成了一批具有自主知識產權的科研成果。同時，實驗室負責我國盾構技術領域的國家標準和行業標準的編制工作，近3年制定盾構技術國家標準1項，行業標準2項，企業標準5項；在盾構制造和隧道建設過程中得到了較好的應用。

從實踐中發現問題，從實驗中找到答案，在產業化基地形成產品，這種產學研用一條龍模式，讓洪開榮和他的團隊嘗到了甜頭。他們于2008年4月研制出了國內首臺具有自主知識產權的復合盾構，并成功應用于天津地鐵3號線。據了解，中國中鐵隧道集團在新鄉的盾構產業化基地，其年能為每產20臺套；目前，又在鄭州新建成全國最大的盾構產業化基地，鄭州基地形成了年產40臺（套）的生產能力。鄭州地鐵建設僅一號線就需要14臺盾構，而且盾構是高投入、高損耗設備，每臺造價在4 000萬元左右，使用壽命為8～10千米。粗略統計，在鄭州地鐵1 000億元的投資中，盾構設備占30億元左右。

一臺盾構的生產周期一般為8個月，從組裝到進入實質工作則需2個月。新研發的中國中鐵盾構，其控制系統已將國外普遍采用的集中控制方式改進為分布式I/O控制，使盾構拆裝機時間縮短，故障減少，成本降低，達到了國際領先水平。對渣土改良系統也進行了技術創新，自動化程度進一步增強，大幅提高了施工效率，節約了成本并減小了施工風險。

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械不是靠一個人的力量能完成的，團隊合作才能出成果。實驗室綜合部部長王軍說：洪總最大的魅力在于人格和學術兩個方面。他為人低調、工作踏實。在盾構學術方面，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。哪里有盾構技術難題，哪里需要啃硬骨頭時，哪里就有洪總。

地下千變萬化，每一個工程，每一米掘進，都會遇到不同的問題，每個工程都是一個獨特的案例。

從工程中總結出管理創新模板

地下地層千變萬化，每一個工程，每一米掘進，都會遇到不同的地質問題，可以說，每個工程就是一個獨特的案例，沒有一樣是重復的，工程創新就是在這種環境誕生的，洪開榮也是在這種特殊的條件下成長成熟的。當我們問到他的一生中經歷的最驚心動魄的工程時，他想了想說：多了！但盾構掘進很多時候就像一個巨大而繁雜的地質手術，不可預知的危險隨時存在，必須做好風險管理和安全評估，地下工程才能逢兇化吉。

長期的工程實踐，他養成了從實際問題出發，解決難題的習慣。無論是現在熱門的地鐵、高鐵還是海底隧道的掘進難題，還是城市管道建設問題，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，城市空間非常有限，建設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，優勢很大。因此，向地下和水下空間開發將是必然趨勢。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。有關專家指出，江河海洋地下工程具有廣闊的發展前景，已成為建筑業新的發展領域。

洪開榮和他的團隊一直都在這些方面不懈的努力，最出名的當屬廣深港鐵路客運專線。這條線路設計時速350公里，是連通珠江三角洲核心地區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難題，是目前國內最長、標準最高的水下隧道，也是采用盾構法施工的國內首條特長水下鐵路隧道。獅子洋隧道擁有許多“頭銜”：目前國內最長、承受水壓最大、標準最高的水下隧道，世界速度目標值最高的水下鐵路隧道之一，國內首次采取“相向施工、地中對接、洞內解體”的方式掘進，國內大直徑盾構第一次在長距離軟硬不均地層的施工……這都標志著我國水下隧道修建技術的新進展。洪開榮作為項目經理，全面領導了項目的運行。

他提到在修海底隧道時的驚心動魄，特別是帶壓進倉。這是一項風險大、效率低、成本投入大、技術難度高的工作。而且隨著埋深的增加壓力還要進一步加大，這是對人體能和生命的挑戰，隨時可能出現漏氣造成掌子面坍塌的風險。尤其是在高達5.2bar水壓下作業國內外罕見。進倉作業人員面臨心理、體力、耐力、毅力等各方面的嚴峻考驗。為了防止高水壓下地下水直接涌入，保持工作面穩定，洪開榮帶領研究人員晝夜監測。2009年11月，盾構掘進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，掌子面穩定極差，尤其尾刷漏漿，盾構被卡，情況極其危急。洪開榮和相關專家領導及時溝通，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，他實現了對項目管理的升華。為了實施信息化管理，還引入遠程視頻音頻監控系統，管理人員在辦公室里就能對盾構施工全過程進行有效監控和管理；為了創新管理，他們率先引進“精益項目信息管理系統”，對施工中各種信息進行有效管理，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，實現了項目管理集中統一管控、信息共享和發揮整體優勢等功能，真正做到了“進度分析到分鐘、成本控制到螺釘、物資采購零庫存”，實現了管理升級。

早在上世紀九十年代中后期，洪開榮就作為技術骨干參與了我國第一個海底儲氣工程——汕頭LPG工程。中鐵隧道集團在國內首次采用國際先進的水幕技術，戰勝幾次大涌水，成功攻克了廣澳半島復雜的地質難題和三條大斷層。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”項目，其研究成果獲2004年華夏建設科學技術一等獎，在能源儲藏和地下洞庫的建設方面樹立了典范。

目前，中鐵隧道集團公司在獅子洋隧道建設中總結出“一種盾構隧道管片同步注漿方法和裝置”、“一種盾構進倉方法”兩項國家發明專利，逐步探索出了一套軟硬不均地層特長水下隧道泥水盾構施工技術，為我國建設類似長大水下與海底隧道建設提供了具體參數和借鑒。該項目率先到達合同分界里程并三次追加任務，并且問鼎了2009年“國際項目管理大獎”銀獎，創造了國內外隧道施工多項記錄，向世界展示了當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，是作為一個領導者最基本的能力。

以高層次人才帶動技術進步

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

2009年8月16日，由中鐵隧道生產、具有自主知識產權的首臺直徑6.3米，機身長75米的“中國中鐵二號”盾構在新鄉下線，用于鄭州地鐵1號線中原東路站至紫荊山站區間的施工。

該盾構“軟硬通吃”，具有較強的地質適用性，在適應彎道施工、轉向糾偏、滾動糾偏、改善地質條件等方面取得了明顯進步。設計還充分考慮了盾構施工在刀盤受困狀態下的緊急處置方式和帶壓進艙作業時的安全保護，以及應對涌水等突發事件的能力。

洪開榮說，中鐵隧道股份公司鄭州地鐵項目部承擔了鄭州地鐵1號線最難標段的施工任務。在掘進過程中，最擔心的不是機器的掘進技術和速度，而是途徑繁華商業圈的地鐵在盾構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，施工技術人員曾經52個小時未合眼，3周掘進600m。其中技術人員的協調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。由于當時國產盾構研發領域實屬空白，研發經驗嚴重不足，科研人才極度匱乏，甚至連一套基本資料在國內都難以完整找到。沒有教材，科研團隊就從最原始的簡單設計圖紙開始，聚集在盾構施工現場，展開熱烈討論，相互啟發思路，盡快熟悉盾構結構和設計原理。也正是這樣的全方位鍛煉，培養出一批實戰能力強硬的盾構施工和研發人員，為加快盾構國產化步伐打下了堅實的基礎。

如今，中鐵隧道從事這一領域工程設計、前期科研和工程建設的人員達到近3000人，再加上盾構及掘進技術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新能力的盾構研制專家，更有已經涉足盾構領域10多年之久的土木專家，還培養出一大批具有相當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，而且在盾構地質適應性方面積累了豐富的施工技術和經驗，這種雙重優勢在國內行業中是少有的。

目前盾構及掘進技術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場是有所區別的，實驗室人才是復合型的，不僅有機械、電器、控制等高端人才，也有土木、機電等應用型人才。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，是作為一個領導者最基本的能力。洪開榮說，他的工作除了搞研究，就是啟發大家怎么做工作。在實驗室里，必須有一套完整的技術管理體系，項目策劃定好以后，要統一思想，確保大家有一個好的精神狀態，有序進行，甚至連施工過程中的問題對策都要提前設想好，做好預案才能處事不驚。

說到這里，洪開榮還給我們說盾構具有“四高”特征，也就是具有“高科技、高投入、高效率、高風險”的特點，因此他自己總結出了盾構及盾構工程的“三從管理”與“四得技術”：即管理上“從地質入手、從設備挖潛、從運轉抓效”；技術上要做到“掘得進、穩得住、吐得出、耐得久”。

在談到我國目前的盾構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來說，無疑是個鼓舞。洪開榮說，在工程技術處理上，我國的工程技術人員更敏銳更有優勢，刀盤設計更好，在操作上更靈活，在盾構的把握上有獨到的見解。只是在盾構關鍵部件加工和制造上有差距，這個問題也必須加以重視，發展好我國自己的裝備制造業才是治標治本的辦法。

洪開榮說，在精度和抗疲勞等細節方面，他們已經相關高院和研究院所開了研究合作。在驅動設備、變頻技術等方面，我們還是弱項，可能要被“卡脖”，要想盾構制造工業發展得更長久，就必須加大技術力量和資金投入，研制出我們自主知識產權的裝備設備。一方面可以降低成本，一方面應對國外可能隨時采取的技術封鎖。

在采訪過程中，洪開榮一直是微笑的，這種心態是一個領導者自信和樂觀的表現。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，配合不斷改進的配套體制和機制，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、進取不息”的實驗室文化，按照“開放、流動、聯合、競爭”的運行原則，具有真才實學的技術人才必將會這里大有作為！