向“难”掘进 宁波市轨道交通创新“类矩形盾构”技术十年纪实

　　为进一步总结评价“类矩形盾构法隧道装备、设计和施工关键技术”，充分评估该技术带来的经济社会效益，促进相关配套装备和技术的持续发展及推广应用。2024年10月29日，中国岩石力学与工程学会在宁波组织召开“类矩形盾构法隧道装备、设计和施工关键技术及推广应用”科技成果评价会。

　　会议邀请了中国科学院院士何满潮、中国工程院院士刘加平、中国工程院院士周创兵等在内的数十位国内外院士、专家，通过线上线下相结合的形式，对此项技术展开充分的成果评价。与会院士专家对该技术历年来取得的成效给予了高度肯定，认为其具备比较好的实操性和可推广性。

　　10月17日，结束城市核心区隧道掘进任务后，“阳明号V6.0”类矩形盾构机完成拆解，即将前往下一个攻坚点——地铁6号线市郊出入段线。

　　“‘阳明号’浅覆土施工优点，能够大大减少200多米明挖区间，缩短三个月工期，降低上千万费用。”上海隧道工程有限公司SG6113标项目部盾构经理纪庆幸说。

　　这是类矩形盾构机的攻坚实力，是“大国重器”的使命担当。2015年，作为我国首台自主研发、世界上最大断面类矩形盾构机，“阳明号”在宁波一经问世，就引发极大关注，成为宁波市轨道交通的一张金名片。

　　一组数字，记录十年历程，刻印进步足迹。“6次”，“阳明号”从无到有、从有到优，从优到强，经过六次迭代升级，技术功效达到国际领先水平，破解了城市核心区和旧城区“放不下”“碰不得”难题；“10条”，“阳明号”在宁波诞生，北上杭州，远到郑州，自如“游”走在不同地质条件和应用场景，成功应用于各地10条地铁线路，在全国向“难”掘进；“42项”，“阳明号”科学技术创新硕果累累，获批42项发明及实用新型专利、5项软件著作权，发表论文130余篇。

　　一条4号线，起于江北慈城，穿过海曙老城，止于东钱湖。正是这条地铁线，催生了类矩形盾构的问世。

　　“4号线部分区间隧道位于老城区狭窄道路下方，道路宽度仅14米，交通繁忙，两侧民房密集，用传统的两条圆形隧道盾构施工，隧道施工影响宽度将达24米，安全风险高，大量拆迁不可避免。”宁波市轨道交通集团建设分公司副总经理黄毅说。

　　其实，受困的又何止地铁4号线。随着城市加快速度进行发展，核心区和旧城区地下可利用空间慢慢的变少，地下空间开发面临着“放不下”“碰不得”等难点痛点。城市地下空间涵盖了地铁、隧道、管廊等，空间资源有限，加之老城区道路狭窄，不足以满足传统盾构施工要求，“节约型”开发方式，迫在眉睫；城市核心区和旧城区居民区密集，“开膛破肚”式的大拆大建问题突出，“微创手术式”开发手段，势在必行。

　　“把两个盾构隧道合并到一起，双线一次成型，能不能够做到？”2014年夏天，宁波市轨道交通工程建设指挥部领导前瞻性地提出设想，希望从解决一个问题，变为到破解一类问题，破解狭城区核心区小空间施工难题。当时，负责施工的上海隧道工程有限公司给出方案：采用双圆盾构机掘进。此前，双圆盾构机曾成功掘进建设了上海地铁6号线号线。

　　一星期后，方案被推翻了。宁波市轨道交通集团深入调研后决定，“我们要最先进的。”

　　类矩形盾构机，进入了大家视野。与传统圆形盾构相比，这种似圆而方的类矩形盾构，空间利用率高、占用地下空间少、对周边土壤的扰动小，可以缓解密集城区地下空间建设的老大难问题。

　　盾构机，是目前世界上最先进的隧道掘进装备，被誉为“工程机械之王”，其技术水平被公认为是衡量一个国家地下施工装备制造水平的重要标志。

　　当时，类矩形盾构在国内尚属空白，这种高端设备，技术复杂，要求极高。作为“第一个吃磅蟹的人”，宁波市轨道交通集团作出一系列创新之举。

　　2015年年初，经过大量调研、半年筹划，宁波市轨道交通集团首创科研、设计、施工一体化招标模式。“在业主单位牵头下，整合各方资源，实现从装备研发入手，打破设计、施工、装备制造之间的行业隔阂，从而高速推进我国地下工程技术迈向领头羊。”上海隧道工程有限公司有关负责人说。

　　投入巨大研发经费，购买重大技术装备保险，享受市外推广费用……在“风险共担、利益共享”原则下，科研、设计、实施工程单位心无旁骛搞科研，快速推进研发，逾越“圆”改“矩”的难关，解决了刀盘切削、盾构转身、管片拼装等一系列难题，仅用8个月时间，第一台自主研发的类矩形盾构机下线。

　　“在没有先例情况下，从开始研发到产品下线个月造出一个新盾构机，在盾构机建造史上，绝无仅有。”黄毅不无感慨地说。

　　上海隧道工程有限公司总工程师朱雁飞认为，8个月研发出一台前所未有的盾构机，意味着“我们终于找到了一条路，一下子捅破了科研设计施工一体化的窗户纸。”

　　“断面宽11.83米，高7.27米；机器重720吨，长68米。”2015年11月30日，宁波市轨道交通3号线一期工程现场，这台国内自主研发、世界最大断面类矩形盾构机一经亮相，惊艳八方。

　　刀盘系统，首创双X同面+偏心多轴模式，可精准实现100%全断面切削，边边角角都能照顾到；拼装系统，首创串联环臂式，适应在狭窄和多局限空间完成管片和中立柱拼装，突破国际上现有平装机在这一领域的作业瓶颈；铰链密封系统，首创施工同步可更换压密量可调模式，大幅度提高隧道工程密封质量安全及效率……这台“方脑袋”盾构，头部一横一竖，装有两个“X”形刀盘，后方还有一个“I”形刀盘，一系列的首创，实现技术领先。

　　“应用上，适用道路狭窄、建筑密集、浅层地下空间开发，实现‘微创手术式’掘进；操控上，感觉是从手动挡升级为自动挡，更精准智能。”曾当过多款盾构机司机的纪庆幸说。

　　2016年11月，3号线陈婆渡段，第一条类矩形盾构隧道贯通；2017年6月，进入地铁4号线，正式在老城区狭窄道路下、密集居民区旁，连续进行S型曲线号线东钱湖段，首次开展了浅覆土施工，在距地面仅2.5米深的地下成功推进；2018年4月，地铁4号线东钱湖段，无立柱衬砌试验一举成功；2021年6月，首次完成类矩形顶管/盾构模式转换……从3号线试验段起步，阳明号开启“全城挖”模式，同时一直在升级优化、变优变强，持续推出“新版本”。

　　10年来，“阳明号”在不同地质条件、不同场景中成功应用，并一直在优化提升，已从“阳明号V1.0”迭代至“阳明号V6.0”，每日推进工效从日均3.5环提升至现在日均10环，最高达13环，技术水平持续提升。

　　2019年9月，在第21届中国国际工业博览会上，“阳明号”全断面切削类矩形盾构掘进机脱颖而出，荣获“工博会大奖”。“盾构机很多，全世界有一两千台，但绝大多数都是圆形。据我们掌握的情况，非圆形盾构机全世界有21台，4台在中国。”当时，朱雁飞自豪满满地介绍，“而类矩形的盾构机，仅此两台，都是我们的。”

　　“彭埠站-明挖转换井是地铁4号线攻坚段，地质复杂，要在复杂地层中上跨过既有运营线路和下穿河流，并面临小半径曲线施工。”上海隧道工程有限公司有关人员介绍，几大难关，让工程项目施工面临不小挑战。

　　“阳明号”不辱使命，在杭州黏土层中推进，最快达到6环/天，体现了类矩形盾构的超强地层适应性。一年多后，杭州地铁首条类矩形盾构隧道顺利贯通，“阳明号”完成了杭州首秀。

　　2022年，“阳明号”又远到郑州，首次在全 断面砂性地层施工，成功下穿众多市政管线，实现长距离水平侧穿地铁运营隧道。

　　据悉，类矩形盾构机下线以来，已成功应用于宁波轨道交通3号线号线号线号线号线号线号线等多个工程中，并继续在全国攻坚破难。

　　不仅如此，持续10年的研发应用，类矩形盾构技术已取得了多项创新成果——获得省部级科技进步奖5项；获批发明及实用新型专利42项、软件著作权5项；发表论文130余篇，其中SCI/EI收录41篇；编写专著1项/标准规范2项。

　　“10年，只是一个阶段，并非终点。”黄毅说，“我们将放眼未来，以永不停歇精神，持续开展技术创新、更新迭代，推动‘阳明号’类矩形盾构机始终处于国际领头羊，为破解地铁施工难题贡献宁波轨道交通力量。”（甬轨君）

　　作为我国首台自主研发、世界上最大断面类矩形盾构机，“阳明号”是宁波市轨道交通的一张金名片。10年间，“阳明号”类矩形盾构机取得了多项创新成果，实现从“全城挖”到“全国挖”。

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