遁地神器“天和一号”
2015-07-03
7月2日10时，天津本土企业中交天航局控股的中交天和建造的超大型盾构机，在南京纬三路隧道南线冲出洞口，伴随着一阵巨大机器的轰鸣声，一条长达130米重4758吨“钢铁巨龙”从地下“咆哮”而出，只见这个超大型盾构机转动着巨大银光闪闪的刀盘冲破最后一层加固区，标志着南京纬三路过江南北双线隧道全线胜利贯通。两条“钢铁巨龙”在长江水下最深达70米中匍匐前行，穿越了4000多米被称为“世界级地质博物馆”的极其复杂的混合地质层，闯过了一个又一个难关，经过25800多小时终于成功与世人见面，这就是国产首套直径14.94米泥水气压平衡复合式盾构机孪生“钢铁巨龙”的哥哥——“天和一号”。在施工现场的建设者顿时欢呼雀跃，现场的气氛刹那间沸腾了，在场的人们共同见证了中国重器获得重大成功的历史性时刻。
“天和一号”和“天和号”（已于6月22日出洞）超大型盾构机的“双龙出洞”标志着中交天航局控股的中交天和公司建造的国产首套直径为14.94米泥水气压平衡复合式盾构机成功运用南京长江纬三路隧道工程，这标志着中国长江流域工程技术难度最大、地质条件最复杂、挑战风险最多的穿越江底隧道成功攻克了施工中的难题并取得重大突破，标志着国产超大型盾构机在轨道交通行业从此打破了国外技术设备垄断，标志着中国交建发展超大型盾构机成为了名副其实的中国重器，开创了国产首套拥有自主知识产权的超大型盾构机在国内成功的典范，并成为超大型盾构施工领域划时代的里程碑。
“大国重器”应运而生
“中国交通建设股份有限公司（简称中国交建）致力于打造中国及世界地下掘进基础工程‘重装利器’，增强交通基础工程建设国家核心能力为主旨，积极跻身于桥隧工程的重大装备研发制造骨干企业，在引进汲取国际先进技术的基础上，走集成创新、自主研发制造的道路，闯过设计、工艺攻关，重要设备、系统的国产化配套，整机制造和精益化系统完善等多重难关，取得了多项首创成果；‘两机出洞’，标志着我国自主知识产权的同类型最大的盾构机经受严酷工况和实际施工的考验；取得成功，标志着我国大孔径、复杂技术的盾构机研制上取得重大突破。”中交天和董事长钱献国介绍说。
笔者了解到，在南京城市总体规划的“五桥一隧”之后，南京纬三路过江通道工程成为南京建设的一项跨江“成网成环”新的重点工程，这是继“万里长江第一隧”——纬七路南京长江隧道之后，又一条南京长江隧道。由于靠南京长江大桥最近，纬三路过江隧道建成后对于缓解、疏导全天候超负荷运转的长江大桥的交通压力，将起到重要而又积极的作用。纬三路过江隧道设计为双管双层8车道X形隧道，北起南京浦口区顶山镇顶山转盘西侧，以隧道形式穿越长江后，南管隧道与定淮门大街顺接，北管隧道与扬子江大道顺接，穿越长江的南北线盾构隧道的总长度为4135米，全长约7.2公里，设计行车时速80公里，日通行车辆10万辆，通行能力将是长江大桥的2倍以上，大大缓解过江交通压力。隧道建设有利于优化城市空间结构，提升城市辐射功能，推进两岸融合互动，也有利于充分利用地下空间，保护南京独特的人文景观和生态环境，缩短了江南江北的距离，对于实现南京市政府提出的跨江发展战略，拉动江北经济快速发展起到了重要的促进作用。
据介绍，南京纬三路隧道是目前世界上同类隧道中规模最大、长度最长、埋深最大、难度最高，地质条件最复杂的过江隧道工程之一，隧道管道直径为14.5米约5层楼高，实际水压达0.74兆帕，意味着在深达70米的水下穿越长江，比纬七路还有深5米以上，隧道每平方厘米所承受的水压高达7.4公斤，比纬七路隧道水压高约1公斤，相当于一瓶矿泉水的底面积上站2个成年人。相比同类隧道中，这是世界上水压力最高的隧道。英吉利海峡隧道的水压力也只有0.6兆帕，并且英吉利海峡隧道穿越的全是岩层，透水性很弱，隧道直径也只有8米多，而纬三路过江通道的隧道直径达15米，水压力最高值达0.72兆帕，对管片接缝材料的防水性能提出了更高的要求。
“如果我们不抓住这个机会，将来恐怕永远没有机会制造大直径盾构，也永远没有自己的业绩了。我们要制造自己品牌的盾构机必须要抓住这个机会，我们能够制造出这个大盾构了，就能为我们制造小盾构奠定了基础，如果我们成功了，不仅可以填补国内制造超大型盾构机的空白，而且可以打破国外对超大型盾构机垄断市场的神话”。中交天和副董事长史福生说。
2010年，承担建造穿越号称“世界水下地质博物馆”的南京纬三路隧道的超大型盾构机的任务，就这样最终落到了中交天和人的肩上。承担起超大型盾构机的研发建造，既是中交天和人难得的发展机遇，更是建造中国拥有自主知识产权的“大国重器”的责任和使命担当。
真金冶炼“金刚钻”
当被问起建造“天和一号”的背景情况时，中交天和副董事长史福生充满感慨的说。“那是在2010年，中交天和工厂刚刚开始建设，不久就开始了“边建厂，边投产”研发设计超大型盾构机，来首先是时间本应24个月才能制造出来的产品，由于前期筹备工作耗时很长，留给制造的只有14个月了。然后在设计参数和性能上进行了设计修改并增加了很多特殊要求，我们按照达到技术要求第一的原则开始了研发和建造，一路走来，那时真的是经过重重考验才走到现在的，确实克服了很多的困难。”
笔者了解到，在当时，中交天和不仅加工结构件的配套设备不齐全而且厂房也刚刚筹建不久，一边建厂筹备各种制造设备和组建设计研发技术团队，一边制造为南京纬三路过江隧道量身打造超大型盾构机，起点之高和研发制造难度超乎想象，生产超大型盾构机无异于比登天还难。然而，正是在这样的艰苦条件下，在2010年6月开始启动了“天和一号”的研制工作，研发设计、制造组装的总共周期仅有短短的14个月。为此，中交天和形成了由55名技术人员组成的研发团队，设立了技术研发中心，集中力量进行技术攻关。在设计研发期间，由于工期紧，任务重，时间不等人，面对6700多张设计图纸，研发中心副主任张天举带领他的设计团队一张一张的设计校对设计图纸，每天除了工作，通常只能休息三小时。
如今，中交天和在常熟建成中国目前规模最大、技术最新、最前沿的专业盾构机制造基地，已经成为中交集团重型装备制造延伸产业链的重要一环，成为了专业从事地铁和隧道用盾构机研发、设计、制造的企业。正是因为有这样的中交天和团队，在短短5年时间里，取得了令人瞩目的成就，目前已拥有较为先进的制造设备和技术，具备了年产40台盾构机、5万吨大型钢结构的能力，现已成功交付使用了80余台盾构机。完成了秦山核电站用直径8.28米盾构机、北京地铁用直径6.14米盾构机、杭州地铁首条双线贯通隧道用盾构机等的制造、交付，客户评价良好，并为国外客户制造直径达16米级的超大型盾构机部分构件产品。中交天和不仅在国内市场打破了外国巨头的垄断，还将产品销往国外。“目前我们40%的订单都来自日本、新加坡等国外客户。”中交天和总经理高光辉说。
中交天和通过集成创新，自主研制出了以前被国外垄断的超大型盾构机，也成为了国内唯一一家能够设计制造超大型盾构机的企业。“中交天和在中交集团和天航局支持帮助下取得的成绩是显著的，研发过程中我们采用了大量新技术，特别是“天和号”这两台超大型的泥水气压平衡复合式盾构机的自主研发成功，取得了国际首创技术5项、国家级发明专利和实用新型专利各9项，并由此获得了“2013年度江苏省首台套重大装备及关键部件”和“2014年度江苏省科学技术奖一等奖”。
全程全天候“保驾护航”
笔者了解到中交天和不仅制造了“天和一号”，而且还要为这“兄弟俩”全程24小时全天候的“保驾护航”，无论寒暑，三载春秋，每一步前进都需要坚定的信心和顽强的意志经受住各种考验，针对施工使用过程中遇到的难点和瓶颈，敢于挑战世界级难题，创造了一个个把不可能变为可能的奇迹，向着胜利的会师地点的开始了“四千米长征”，一路上最艰难的风雨险阻，莫过于一往直前的勇闯这最大的难关。
中交天和华东区域项目部承担了全程全天候保驾护航“天和一号”的任务，为提高服务意识，在日常设备维护中，做到主动检查，主动对施工单位进行培训交底，遇到施工问题主动参与讨论并提出合理意见。通过这三年的努力，当设备刀具碰到了特殊地质，造成施工困难，努力将设备故障率控制最低化，应检修设备造成的停机时间控制在2%以内，排查处理，现场解决各类故障险情1000余次。
据了解，2014年2月，在施工过程中，世界首次实现饱和带压换刀技术。自“天和一号”首发开始进入复合地层段后，遇到了长达500米的岩层，岩石最高强度达120兆帕，高强度岩石使盾构机刀具磨损很厉害，此时，正处于纬三路过江隧道的最深处，承受水压达0.72兆帕这是目前世界盾构工程中遇到的最大水压。按照以往方法，施工人员需加压进入工作面换刀，但是，即便是在0.6兆帕气压下，一次工作也不能超过40分钟。为提高效率，必须要创新。项目施工团队在讨论之后决定：将“太空舱”运用到长江隧道中。在氦氧饱和气体下，地面上设置一个高压生活舱，特种作业人员较长时间生活在高压下，身体逐步适应该环境。作业时，将生活舱吊运到长江底隧道中，与高压泥水舱对接。作业人员由生活舱进入压力相同的泥水舱，工作时间就能够从40分钟增加到4个多小时，换刀效率是传统换刀效率的8倍以上。实现饱和带压换刀后，平均2小时就可以换一把刀。隧道前面500米软土区，掘进仅用了2个多月，而这500米的岩层，“天和一号”在江底耗费了近2年时间。在这2年里，纬三路过江隧道工程采用世界首创的氦氧饱和带压换刀法进舱作业600多次，作业时间超过2400小时，更换各类刀具1009把，最终成功穿越岩层。通过在施工中不断改进不断试验，终于研制成功饱和换刀搬运对接装置，并在设备上实施了全世界第一次饱和换刀工作，大大的缩短了换刀的时间，破解了的世界级难题。
在每一次的遭遇严峻困难的时候，南京纬三路隧道工程的参建各方共同组织专家团队和科研院所开展科技攻关，一次次的破解技术难题，在解决问题中推动科技创新，不断坚定勇敢应对挑战，用科研的力量和先进的管理力推工程攻坚克难，不断破解更多的隧道施工的世界级技术难题。
“我们的儿子，终于回家了”
笔者在中交天和华东区域项目部了解到，在为“天和一号”兄弟全程全天候“保驾护航”期间，该项目的每个人都是24小时随时待命，一有情况马上出动，最多的时候一天要下到隧道施工现场5次往返。早些时候，到施工现场上下隧道全靠步行，随着掘进里程的增加，为提高往返效率，公司为员工配备了电瓶车，后来路面设施的逐渐完善，又安排班车往返接送。在现场通常在40至50度的环境，空气中的尘土和各种气体夹杂在一起，带上防尘口罩进隧道，而且空气常令人感到窒息，初进隧道的人一般都不适应，平均气温45度以上，5分钟内还未开始干活，全身已经湿透，每个人的脸上、身上像是雨淋一样，当出了隧道，衣服后背都会出现一片白色盐渍。这是在隧道施工一线的建设者的真实写照。
“在2012年的一天，当时现已60岁的项目党支部杨书记，在得知85岁父亲生病需要动手术，在医院等着他回来，他原定好车票正准备回家，这时接到施工现场出现紧急情况的电话通知，他马上带着项目的几名技术骨干第一时间赶到现场，在顺利解决完问题之后已经是第三天，他又重新订车票匆忙的赶回家看望父亲。”华中区域项目主管韩刚说。
“还有一位刚刚毕业不久的大学生，负责电气设备的检修，在现场组装和全程保驾期间，为及时到现场解决问题，最长连续14个月坚守在项目部，每天与“天和一号”朝夕相处，三年来，他不断地学习和积累经验，熟悉掌握“天和一号”的电气设备原理和构造，对每个电气控制箱，每一条电线电缆的就像熟悉自己的身体一样。此外，我们项目人员最多的时候有50多人，最少也有20多人，这三年来，通过在“天和一号”的建造、组装、维护保驾的过程中，我们培养了很多优秀的青年技术骨干，不只是业务能力方面，思想觉悟也有很大程度的提高。今年我们项目部计划培养两名共产党员，他就是其中一位。”华中区域项目党支部杨书记说。
笔者在采访时问了每个人一个同样的问题：“您认为谁是最可爱的中交天和人？”每个人都会谈到中交天和副董事长史福生。“史福生副董事长从始至终都是对‘天和一号’兄弟感情最深的人，他一直把‘天和一号’兄弟当自己的儿子，他也常说‘他们，是我的儿子，也是我们大家的儿子’。每次听到他这样说，都能看到那种深深的感情。从建造开始，大家会经常看到他穿着一身工作服戴着防尘口罩到车间巡检，起初，大家还不熟悉这就是史副董事长，后来每个人都特别敬重这位年过60岁的领导，每次看到他到车间或是工地和大家一起探讨，大家都是充满信心的工作，从来都不觉得累。记得在2013年的大年初一，“天和一号”遇到严重困难，遭遇了“切削面塌方和吹穿江底无法掘进”的难题，史副董事长马上组织技术保驾团队和施工方一道解决难题，大年三十已经在隧道渡过的他又连续三天三夜坚守在施工抢险前线，就像守护自己的亲人一样。大家只要看到他在身边，都会更加信心倍增，努力攻克各个难关……我觉得他是我们最可爱的天和人。”华中区域项目部机械安全员曹文彬说。
当被问到是否觉得辛苦的时候，每个人都充满了洋溢的笑容，都会不约而同的说出心中的喜悦：“‘天和一号’兄弟俩，是我们的儿子，终于可以带他们回家了”。中交天和不仅为施工方提供强有力的全程保驾服务和和全天候的技术保障，在推动整个南京纬三路隧道工程中，与同为中交集团的兄弟单位的建设者一道历经三载春秋，每个人的付出与奉献，辛勤与汗水，共同铸就了长江水下的钢铁长城，共同成功挑战了过江隧道的“世界级难题”，克服了盾构施工中的重重困难，见证了天和人如同“天和一号”兄弟的“双龙出洞”一样勇往直前，不畏艰难的精神，历史性会铭记这个的成功时刻。
“天和一号”带给了我们鼓舞，也为我们带来思索。中交天和以创建民族品牌为己任，他们的脚步不会止步。超大型盾构机的研发工作也促进了中交天和自身实力的增长。“天和一号”兄弟的成功，不仅推动了我国超大型盾构机领域国产自主化进程，同时也促进了我国盾构机零部件企业转型升级，这是我国国产盾构机制造史上的一次崭新突破。成绩有目共睹。中交天和以勤勉务实、踏实付出，通过自主创新的研发成果打破国外对超大型盾构机市场的垄断。中交天和以一点一滴的技术创新和钻研成果为企业发展壮大注入着源源不断的动力。“天和一号”继承并创新发展了世界上现有盾构机研发生产的最前沿技术，为适应长江过江隧道复杂的地质条件、苛刻的施工要求，在挖掘高难度的硬岩层和粘土复合层及实现泥水气压平衡要求等关键技术难题上实现了一系列重大突破，标志着我国复杂隧道建设装备技术达到世界先进水平。
据了解，在国家宏观政策、市场环境下，未来的中交天和必将依托中国交建强大的技术实力和产品产业化支持能力，对接中交天航局的发展战略，瞄准隧道和地下空间大开发的时机，重点进行盾构机等的设计与制造，不断提高核心竞争力，以高效的管理、优良的产品和维修、租赁、售后等全过程服务，吸引顾客，树立品牌，全力打造中国最大成套盾构设备供应商和系统服务商。有力的政策利好和巨大的市场空间，为中交天和的发展提供了难得的机遇和强劲的动力。
