“陽明號”與中國力量

陳一葦

類矩形盾構的空間利用率比圓形高30%～40%，它開挖的隧道斷面寬度上和兩臺單圓盾構緊挨著開挖出的隧道差不多，高度上比容納雙線的大型圓隧道小很多，且雙線隧道一次成型，不用破壞城市既有管線，又不破壞環境，尤其適用于都市核心區和舊城區軌道交通建設，更適合“螺螄殼里做道場”的需求。

這是一次沒有先例可循的施工。一條寬約11米、高約7米、長度420米的類矩形隧道在寧波貫通，這意味著由隧道股份上海隧道研發制造的世界最大斷面類矩形盾構，首秀成功。盾構名叫“陽明號”，寬11.83米、高7.27米，它不僅是中國首臺類矩形盾構，標志著類矩形盾構機經過僅三年的時間，完成了從籌劃、可研、決策、招投標，到結構設計、設備研發、施工工藝研究，再到現場實施、現場測試的全部過程。

“‘陽明號盾構完成國內首條城市軌道交通的類矩形盾構法隧道貫通，這其中有我們許多原創性的東西，在技術應用上實現了顛覆性。”在隧道股份上海隧道工程有限公司辦公室，董事長、黨委書記宋曉東對記者說。

整個項目從立項到隧道貫通，過程中得到了中科院孫鈞院士、工程院錢七虎、梁文灝、楊華勇院士、日本地域地盤環境研究所（GRI）所長橋本正，國際隧道協會前主席Lee In-Mo等國內外知名專家的認可和贊譽，給出了“罕見”“非常成功”、“國際領先”等高度評價。

“陽明號”最初之命名，取自明代思想家王守仁。陽明先生創立心學，提出“知行合一”的思想。同時，陽明先生還是浙江紹興府余姚縣（今寧波余姚市）人。“‘知行合一是項目團隊開展類矩形盾構研發的心法。以‘陽明為名，是一種思想傳承，更是我們對類矩形盾構的期盼……”寧波地鐵方面對“陽明號”的名稱如此解釋。

類矩形盾構

解決城建“頑疾”

在類矩形盾構應用之前，建地鐵大多采用圓形盾構。由圓改矩的科研創新，有著實實在在的現實意義。隨著城市化進程的不斷加快，傳統“開膛破肚”式的大拆大建問題突顯，尤其是城市核心區和舊城區，面臨“放不下”和“碰不得”兩大問題。

“放不下是指道路狹窄，無法滿足傳統盾構施工的空間需求;碰不得是指城市周邊環境不能被破壞，管線搬遷、房屋拆遷困難。”上海隧道總工程師朱雁飛告訴記者，類矩形盾構的空間利用率比圓形高30%～40%，它開挖的隧道斷面寬度上和兩臺單圓盾構緊挨著開挖出的隧道差不多，高度上比容納雙線的大型圓隧道小很多，且雙線隧道一次成型，不用破壞城市既有管線，又不破壞環境，尤其適用于都市核心區和舊城區軌道交通建設，更適合“螺螄殼里做道場”的需求。

寧波市軌道交通工程建設指揮部副總指揮、總工程師朱瑤宏亦表示，由于類矩形盾構機具有施工擾動小，避免大量拆遷，施工高效，不影響地面交通和地上地下構筑物等優點，在集約節約利用空間的當下及將來，可廣泛用于地下人行、車行地道和軌道交通、共同管溝等地下空間工程。

“陽明號”在寧波地鐵3號線的首秀工程的由來，還得從寧波地鐵4號線說起。按照4號線部分區段規劃，要經過街道狹窄的老城區，環評公示階段，沿線居民意見較為集中，擔心房屋沉降，也擔心通車后的近距離噪聲和震動影響生活。如采用兩臺單圓盾構，隧道的確會侵入沿街民宅的下方;如采用一臺雙圓盾構，沉降控制能力可能不足。為此，上海隧道提出了類矩形盾構這一新的技術方案。

為了更好地推進類矩形盾構可行性研究，2014年6月20日，寧波軌道交通亦成立了“類矩形盾構可行研究工作小組”，由朱瑤宏擔任組長。寧波軌道交通技術團隊通過開展國內外的調研、研討，結合中外專家的意見，進行了詳盡的可行性研究;另外，項目得到了寧波市各級領導的支持，最終促成寧波成為類矩形盾構技術創新的試驗田。

數據顯示，類矩形盾構首先能夠有效解決寧波軌道交通4號線工程的現實問題，極大減少因盾構影響造成的拆遷量，僅4號線兩個區間能夠減少拆遷約5萬平方，節約經濟成本約7億元。（寧波軌道交通后續線路上也存在此類情況，目前已準備建設的2號線二期工程鎮海段，同樣采用類矩形盾構進行施工，節約拆遷成本3億元。）

鑒于4號線擬采用類矩形盾構的區域位于城市中心區，周邊環境保護要求高，為了穩妥起見，可行性小組建議先在周邊環境較為簡單的3號線出入段線進行試驗，再運用到4號線工程中。

“陽明號”完成首秀以后，記者獲悉，在寧波市，上海隧道起碼已經中得三個標的——位處寧波市中心的4號線TJ4010標，共1.5公里;位處市郊小洋江站的4號線TJ4016標，共200多米;位處市中心的2號線TJ2218標。這三段矩形隧道，無疑都能吸取“陽明號”的經驗。特別是2號線TJ2218標，是一共2.2公里的三段矩形隧道，將再次挑戰施工難度。

創新引領的中國力量

“圓形盾構，比較容易實現切削，又擁有相對合理的結構受力體系。”上海隧道盾構試驗中心機械室主任石元奇告訴記者，“回看過去我們曾經工作過的地方，絕大數多是采用圓形盾構完成施工的。”這也是為何早前的盾構大多采取圓形的原因。

類矩形盾構雖然有諸多好處，但盾構頭由圓改方，可謂“牽一發而動全身”，需要解決刀盤切削、盾構轉身、管片拼裝等難題。經過10個多月的研發設計制造，“陽明號”類矩形盾構頭部裝備了一橫一豎兩個“X”形刀盤，后方還有一個“I”形刀盤，通過交錯旋轉可實現100%全斷面切削，結合盾構機拱頂采用圓弧段“類矩形”斷面的特殊設計形式，強化了盾構機在軟弱地層條件下的施工沉降控制能力，避免了正矩形盾構施工易背土而導致的大范圍地層擾動，此技術獨上海隧道一家。

類矩形隧道能抗住地下的巨大壓力嗎？上海隧道制作整環管片進行承載力試驗，最大壓力可達6000噸;每塊管片上裝有傳感器，整環共1000多個數據采集點。通過試驗發現，類矩形隧道比圓形隧道更加強壯，隧道建成后即便遇到周邊開挖，也能更好地保持穩定。

2015年11月底，“陽明號”始發掘進，施工各項參數指標均顯示出良好的水平，尤其是沉降控制方面，效果超過了預期。回看“陽明號”的施工過程，由于寧波靠海，土質比上海更松軟，且盾構需穿越淤泥、淤泥質黏土、外塘河等“險地”，施工過程中的地面沉降控制難度極大。上海隧道對防背土、軸線及盾構姿態控制等關鍵技術展開專項研究，建立隧道變形及環境影響預測模型，獲取影響機理和規律，提前形成控制技術，在試驗段工程面臨地層條件差、小曲率半徑、穿越重要建構筑物等多重不利工況條件下，成功實現了施工對周邊環境的保護控制。

除此之外，他們還有一個秘密武器——上海隧道自主開發的“盾構管控平臺”利用信息化技術，全方位收集、集成大量標準化施工數據挖掘出盾構法隧道施工規律，實時對此次隧道施工動態分析，并利用智能化分析功能指導優化施工參數，幫助管理人員全方位掌控工程風險，及時提供預警，降低工程管控風險。

對于寧波本地地質地貌頗為熟悉的朱瑤宏稱，在寧波這樣典型的軟土地區，建造類矩形隧道，是一場大規模的技術創新。“陽明號”一舉建立了類矩形盾構法隧道設計、裝備、施工三大技術體系，在技術上解決了類矩形盾構全斷面切削與異形復雜管片拼裝技術的國際難題，在異型多刀盤切削系統、管片拼裝系統、推進系統等核心技術方面實現了首創性突破。

朱瑤宏表示，為了實現產學研高效、有機合作，寧波軌道交通方面首次嘗試“科研、設計、施工總承包”的管理模式，并引入盾構設備制造、設計、施工企業及科研院所等優勢力量共同參與“聯合體”的承包模式，自2015年初招標完成起始，“陽明號”聯合科研團隊僅僅經歷了10個月的項目突擊就完成了這項工程。

宋曉東亦表示，“陽明號”的成功應用，不但提振了上海隧道在地下工程高端裝備領域深化發展的信心，而且項目研發過程中的大量協作，充分體現了“中國力量”。例如，在“陽明號”研發施工的過程中，涉及到大量的數據計算。上海隧道與上海交大等高校協作，共同完成設計思路的確定，一些軟件則交給上海交通大學、同濟大學等大學相關單位研發。這樣“科研、設計、施工”總承包和產學研聯合體的合作模式，也為國內工程建設承包模式單一，技術創新難的窘境，注入了新思路和想法。

“陽明號”的創新是立足于寧波市軌道交通工程實際需求，旨在推動整個軌道交通甚至工程行業創新發展的壯舉。這是國內自主研發，具有自主知識產權的盾構技術，破解了眾多技術難題，打破了軌道交通領域圓形盾構一統天下，技術單一陳舊的現狀，為城市軌道交通以及城市地下空間開發提供了新的技術選項，為解決城市核心區地下空間集約化利用及高標準環境保護開辟一條新路。