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上海改革開放40年|楊磊:“豆腐里打洞”開啟隧道時代
【編者按】
2018年,中國迎來改革開放40周年。改革開放成就了今天的上海,1990年代上海經濟社會發展從負擔沉重的全國“后衛”,一躍變“前鋒”,實現大變樣。浦東開發的高樓大廈背后,陸家嘴、張江、金橋、外高橋開發的規劃政策背后,開發開放的高速進展背后,有著怎樣的大膽嘗試、奮力進取的故事。澎湃新聞·請講欄目推出“上海改革開放40年”口述系列,中共上海市委黨史研究室采訪了部分上海改革開放的政策制定者、執行者們講述上海改革開放那段激情澎湃的歷史。該文將收錄于即將出版的“上海改革開放40年口述”系列叢書中。
澎湃新聞 劉箏 圖口述:楊磊(曾任上海隧道工程股份有限公司副總經理、總經理、董事長)
采訪:黃金平、賈彥
整理:胡迎、賈彥
時間:2018年4月11日
“豆腐里打洞”,開創中國盾構法隧道時代
上海是飽和含水軟土地層,修建隧道好比在“豆腐里打洞”。上個世紀60年代,整個中國的基礎工業都較為薄弱,盾構掘進對于中國來說是一項難度極高的技術。而上海復雜的軟土地質條件,更讓蘇聯專家斷言:在這樣的地質條件下建造地鐵,難度無異于在宇宙中找到支點撬動地球。
當時還是上海隧道公司的那批地下工程老前輩和老專家,卻從來沒有停止過追求,堅持要在中國的土地上建中國人自己的隧道。中國隧道之父、原上海隧道公司副總經理劉建航院士曾說,“比起外國專家,我們更了解自己腳下這片土地的真實情況和特點”。正是這樣的信念和執著引領著一代代隧道人開始了中國隧道追逐、趕超、超越國際水平的40年歷程,而“上海”就是隧道人實現這一夢想的“第一站”。
1960年,上海市隧道局,也就是隧道股份上海隧道公司的前身,在浦東塘橋建立了試驗基地,邁出了上海地鐵施工技術和盾構研制、鋼筋混凝土管片試驗研究的歷史性一步。試驗證明,在上海的軟土地基,用單層預制裝配式鋼筋混凝土管片建造地鐵區間隧道,技術上是可行的。后來隧道公司又在衡山路上進行了600米長的地鐵隧道擴大試驗,然后就是1970年隧道股份建成的新中國首條越江隧道——上海打浦路隧道,這不僅是中國首次用盾構法施工的隧道,開創了中國軟土隧道技術的新局面,同時工程中發現的滲漏、沉陷及兌付粉沙等方面的不足和問題,也成為此后上海隧道建設的主攻方向,予以不斷完善。
1974年,在上海地鐵漕溪路試驗段建造中將該問題作為主要研究課題。前后數年積累的試驗成果,又為延安東路隧道建設提供了以高精度鋼模、彈性橡膠密封墊為主要特征的管片生產和防水工藝,在技術上跨上一個新臺階,同時還催生了地下連續墻建造的關鍵技術。1988年,延安東路隧道順利建成,標志著上海盾構法隧道施工技術已達到同時期國際水平,為上海地鐵1號線的建設提供了可靠的地下工程施工技術保障。自此,上海的隧道技術、試驗研究結合施工實踐,循序漸進,不斷發展和提高。
上海能夠建造地鐵,原上海隧道公司副總經理劉建航院士貢獻卓著。他很早就提出一系列理論,比如說,上海的軟土層,需要分區、分塊、分層、對稱、平衡、限時挖土,簡稱“21條”。這種施工方法,國外從未提出過。建造地鐵1號線時,劉院士進一步總結了1號線的工程經驗,最終歸納出“時空效應理論”。
“時空效應理論”簡單點說,就是開挖的時候,時間和空間需要一起計算好。比如限定先挖某一塊面積,限定先往下挖幾米,按照種種參數計算,必須8個小時內挖好,及時做支撐。一旦超過這個時間,再挖就會造成較大的沉降和變形。時間和空間兩個因素,同時影響著挖土的質量。這是上海能夠在軟土層建造地鐵的法寶之一,也是國際工程史的首創。
建1號線時,劉院士比較謹慎,這套辦法只是粗淺的想法,在1號線建站時略有應證。但在建造2號線時,“時空效應理論”得到了充分利用和繼承提升。可以說,2號線的順利建造,真正為上海后來鋪就數十條線路、數百公里長的地鐵開創了條件。而從1號線、2號線開始,到現在的16號線、18號線,上海每一條軌道交通線路的規劃、設計、建設都有隧道股份人的身影。
只進不退,鑄造城市交通“動脈”
1980年,隧道股份承擔了上海地鐵1號線擴大試驗工程,完成了地鐵盾構掘進和隧道襯砌結構選型,開發應用了高精度鋼筋混凝土管片技術、地下連續墻施工技術和深基坑支護技術,這幾項技術工藝被廣泛用于上海地鐵1號線和2號線工程。
用盾構法進行隧道施工,盾構機是關鍵。剛開始我們使用的是網格盾構,在地下掘進的時候,土是被擠進盾構機的,隨之進來的還有水和沙等。當時盾構機挖掘的土,要靠人工挖出來,并用礦車運出去,一個人一天要挖十幾噸土,非常艱苦,同時操作人員還必須要“吃氣壓”,人、材料進出都要增減壓。隨著地層深度加深,壓力會越來越大,因此盾構機需要具備足夠的承壓力。
1980年代的時候,國內還不能生產比較好的盾構機。當時的盾構機雖然也叫土壓盾構機,但質量還是比較差。我剛進單位的時候,正值建造延安路隧道一期,那臺盾構機是全國產的網格盾構,但已經不用人工運土,而是用水槍將土沖成泥漿,然后用泵打出去。由于盾構機內有鋼隔板將人和土隔開,操作人員也不用直接面對土,通過碗口大的耐壓玻璃觀察孔,操作水槍沖土,避免了“吃氣壓”的麻煩。
1988年,地鐵1號線工程正式啟動。那個時候剛改革開放,我們向法國貸款,但有一個條件就是貸款可以,但必須買他們的設備,當時國內還沒有自主研發制造盾構裝備的能力,于是地鐵公司就買了6臺全進口的法國FCB土壓盾構。新的FCB盾構確實使我們在“豆腐里面打洞”變容易了,但如果土壓力設定不準確,地面沉降就難以控制。我們經過一系列的摸索和研究,才掌握了土壓盾構的操作技術,最終保證1號線一期順利通車。而這也從一個方面,觸動我們開始自己動手研發制造中國人自己的盾構,并在此后的10多年中,在國家“863計劃”的支持下,由隧道股份自主研發制造了中國首臺國產土壓地鐵盾構,從而開啟了中國人用自己的重大裝備,建自己的地下隧道的新里程。
隧道股份(時為上海隧道公司)熱烈慶祝上海地鐵1號線區間隧道貫通
我做技術員的時候,有時為了一個難題,甚至晚上做夢也在想白天工程上的事情。在1號線上體館站施工中,當時主體車站做完了,要把路兩邊的所有管線搬回來,進度很緊,還要做出入口,加之旁邊有一根22萬伏的電力隧道與車站并排,怎么辦,怎么處理,一直都在想。后來在做鉆孔樁維護的時候,突然想到把原來的鋼筋籠改成型鋼,骨架管線全部懸吊起來,一邊掏挖,一邊用鋼板等材料把管線下的缺口封住,最終解決了圍護安全問題,在圓滿完成建設任務的同時,又確保了管線的運營安全,被當時隧道股份的董事長稱為“楊氏”插板法。
在8、9號線陸家浜路站建設時,由于邊上高層都造好了,地下連續墻和兩邊的房屋基礎幾乎是并排的,還要另外打開施工設備通道,因此我們大膽創新,采用了“挑閣樓”的辦法,即半蓋挖式施工工藝,最終攻克工程難點,在不占用社會道路的條件下完成車站施工。這項技術現已大規模用在地鐵施工中。
城市交通越來越復雜,隨意封道、改道會給百姓出行造成不便,政府也希望我們能通過技術改進實現非開挖施工,盡量把對地面的影響降到最低。比如14號線靜安寺車站,是世界第一例采用非開挖矩形頂管法建造地鐵車站,我們做了三個大的頂管,成品字形推進,最大程度減小了地下建設對地面交通的影響。
截至目前,隧道股份參與掘進的軌道交通里程數超過1000公里。其中,在整個上海的600多公里地鐵當中,有一半是隧道股份建的,我們參與了上海地鐵每一條線的施工或設計,可以說,上海的每一條地鐵線,每一座地鐵車站,都飽含了隧道人的心血。令我們更加自豪的是,我們開啟了全國及海外21座城市的軌交時代。這些國家或城市的地鐵1號線,都是由隧道股份建造的,比如印度的地鐵1號線,還有德里、孟買等城市的地鐵1號線都是隧道股份的作品。
高超技術服務,守護城市地下安全
隧道建成后,隨著地下結構的不斷使用及自然環境的變化,隧道內部管片裂縫、變形、滲漏水等病害逐漸顯現出來,危及運營安全。由于地鐵隧道形變的變化速度非常緩慢,難以預測,變形達到一定數量后就會導致安全事故。地下基礎設施就如同人的身體一樣,建成后隨著年齡的增長會逐漸“衰老”,長期的工作壓力會導致一些“小毛小病”,如若忽略這些小病,日積月累就會對整個身體的健康產生危害。
隧道股份地鐵維保及應急搶險團隊
每天地鐵結束運營以后,一般在深夜12點到早上5點,上海地下就會有一支近200人的隧道地鐵維保應急救援團隊,默默擔負起這座城市上百座車站和上百公里隧道區間、聯絡通道的檢修、維護的重任。這支專業團隊不僅屬于隧道股份,更屬于上海,在幕后盡心守護著這座城市四通八達的地下交通動脈。比如我們的十九大代表、隧道股份地鐵維保及應急搶險技術負責人何小玲,十多年來和我們的地鐵維保團隊一起,每天24小時,用腳步丈量地鐵隧道,成為了給地鐵隧道看病的“急診科醫生”。在國內8座城市、887公里隧道、554座車站上,我們的團隊守護著一個個地鐵車站、一條條地鐵隧道的安全,創下了維護隧道里程數最長、維護車站數最多的世界紀錄。
除此之外,我們還首創了“微擾動”注漿技術工法,解決了軟土地基地鐵隧道沉降的世界性難題。在此基礎上,我們進一步推出了“全產業鏈工藝新模式”,就是隧道堵漏、破損維護、變形整治以及鋼環安裝一體化施工。我們的“實時施工傳輸記錄儀”,能夠及時掌握施工階段隧道變形情況;“多點集中云監控儀”則是全面利用大數據確保施工質量;同時還研制了“人工智能自動巡檢儀”,提高了檢測隧道各類病害的功效。
不僅在軌道交通領域,隧道股份目前還承擔著上海95%以上大橋、高架、隧道、快速路等市管交通基礎設施的運營管理以及眾多城市燃氣管線、水務管線的應急搶險重任;也不僅在上海,隧道股份的養護修復和運營管理技術正輸出到杭州、淮安、南昌等全國更多的城市還有海外。
安全,始終是地下工程建設的重中之重。這么多年工作下來,我印象最深刻的經歷就是應急搶險。比如2003年,地鐵4號線董家渡隧道發生突發情況,我們搶險了七天七夜,最終控制了險情,后續反復討論并確定了修復方案,確保了4號線成環,并在此次施工中,攻克了許多世界級工程難題,創造了地下40米原址恢復重建地鐵隧道的世界工程史奇跡。
之后還有運營中的2號線陸家嘴到河南路段搶險,當時地鐵旁通道排水鋼管產生裂縫,使得土體流失,微壓改變,最終導致隧道變形,情況危急。我們急中生智,引入管道,邊上用快速水泥封堵,先將水流由無序變為有序,再進行化學注漿,控制了險情。
地下深度越深,事故后果越嚴重。我們始終將安全放在首位,通過組建專業應急搶險團隊,加強應急裝備的配置,保證應急處置的速度,第一時間控制情況,真正把應急處置放到了極為重要的位置。
數字智能化,實現地下工程管理新突破
在過去的40年里,從設計到施工,隧道股份建設了上千公里的軌道交通隧道,所積累的經驗、收集的大數據和案例,是一筆寶貴的財富。我們通過數字化的技術手段,將這筆財富轉化為一整套專家管理系統。我們和申通集團合作開發的上海軌道交通盾構智能管控中心,不僅服務于隧道股份自有的盾構,還服務于在上海的央企、民企和其他省外企業所有在上海推進建設的盾構。我們通過對海量數據的集成、分析和專家庫整合,為工程每個階段的順利、安全推進提供自動風險報警、智能化分析、決策管理和專業技術指導。服務過程中采用什么樣的技術標準、安全如何保障,都需要進行強有力的控制。而這種控制只有隧道股份才有能力完成,因為其他企業不可能擁有那樣完整的數據和專家團隊。目前,這套系統的運用覆蓋了上海軌道交通盾構掘進過程。我們認為,所有的數據和管理的經驗,不僅僅屬于隧道股份,也屬于這座城市、這個國家。
隧道股份與申通地鐵集團合作開發的上海軌道交通盾構智能管控中心
我們對于地下工程建設的管理,從一開始的粗放式,到逐步實現智能化,是一個不斷摸索、創新的過程。1965年的時候,一個盾構一條線,造了近十年。到上海世博前夕,變成了一年十根線這樣的狀態。這樣超大的規模所帶來的管理挑戰和之前相比,已經完全不一樣了。原來都是單兵作戰,盾構機在推,項目經理、技術人員責任非常大,要在現場解決問題。今年年底到明年年初,上海地下要達到大約100臺盾構的量,光靠人工控制是不行的。另外我們目前施工的區域都很敏感,像14號線要穿越靜安寺、大世界、外灘等中心城區,難度非常大。致命性風險點、領導關注風險點,排摸下來要100多個。面對這樣的環境,我們借用信息化手段進行智能管控,如果出現問題,管控系統會發出推送,管理人員通過手機就可以看到相關風險提示和問題的解決建議,這是上海地鐵、上海隧道建設與管理模式的一次重大改變與進步。
不同于地面工程,地下工程到達一定深度后,很多地方的監控涉及不到,所以我們的安全監控不再依靠人工。現在工人的工程帽中都植有芯片,與管控系統相連,一旦工人進入了危險區域,馬上會有自動提醒;如果工人沒有反應,提醒會自動層層上報。
目前,數據收集只是數字化的第一步,將來我們還要在智能化上再做提升。智能化必須要有專家團隊,專門進行數據分析,一旦發現異常情況,及時進行指導、糾正,提出解決方案。而我們和申通組成了100多位頂級專家團隊,將為實現智能管控不斷努力。有了上千公里的建設數據和案例支撐,我們解決在建設過程中遇到的問題,不必再像過去那樣只能依賴個人經驗或是一趟趟跑現場。智能管控方式的轉變也反映了我們這個行業的進步。
走向世界,讓“中國建造”閃耀全球
隧道股份是中國最早研發、制造盾構裝備的企業。在國家“863計劃”支持下,我們先后研制了具有完全自主知識產權的中國首臺國產盾構——直徑6.34米的“先行號”土壓平衡盾構,以及11.22米大直徑泥水平衡盾構“進越號”,合作研制了15.73米、15.43米國內最大直徑盾構和中國首臺。在此基礎上,我們還成功研制了具有自主知識產權的國內首臺頂管、國內最大斷面矩形頂管、國內首臺類矩形盾構、國內首臺地面出入式無工作井盾構,填補了中國地下裝備領域核心技術的空白。目前,我們已累計研發制造盾構200余臺。2010年,我們還首度將國產盾構出口新加坡,實現了中國盾構裝備出口“零的突破”,帶動了中國地下施工“重大裝備”業務的前行發展,并在此后的幾年中,向新加坡、印度等出口盾構20余臺。
隧道股份自主研發的中國首臺國產盾構——“先行號”
隧道股份建設了國內首條越江隧道——上海打浦路隧道、國內首條雙層公路隧道——上海上中路隧道、世界首條15米級盾構法隧道——上海長江隧道、世界首例復雜環境下大直徑土壓平衡盾構法隧道——上海外灘通道,實現了中國盾構法隧道建設技術從無到有、從有到全、從全到精、從精到國際先進的四次飛躍。我們11米以上的盾構里程數已經達到了700公里,在全國也是比較領先的。
上世紀90年代,隧道股份敏銳捕捉改革開放的第一縷春風,成為中國建筑板塊第一家上市公司。1996年,隧道股份是上海第一家走向海外的建筑企業,并且是唯一一家不依靠國家援建項目,憑借自身實力“走出去”的企業。1998年,隧道股份取得了對外工程承包商資格,曾經第一個上市“吃螃蟹”的隧道股份,第一站就選擇了全亞洲市場競爭最激烈,也是全球公認最嚴苛、公正、透明,法制完善的市場——新加坡成立分公司,并于1998年3月成功中標新加坡基建第一單——地鐵東北線。憑借著敢闖、敢試、敢干的精神氣,邁出了走出國門的第一步。
20年前,我們從歐美、日韓等國際一流承包商的專業分包起步;如今我們已經成為全球EPC市場知名的總承包商,當年的那些總承包商現在變成了我們的分包,按照隧道股份的標準、按照中國的標準,來和我們共同參與國際市場搏擊,為全球市場提供更好的中國制造、中國智造、中國服務。剛剛走出去的時候,國際市場對中資背景企業的認知僅僅停留在勞務輸出型、無技術含量的層面,但現在,我們作為“中國建造”的一張名片,先后三次榮獲了新加坡承包商最高榮譽——“承包商挑戰盾”獎,成為迄今為止唯一一家連續三次獲得該榮譽的企業。安全、高效、智慧的項目管理和細小入微的管理措施,成就了我們在新50余次國家級榮譽。而為了表彰隧道股份為新加坡基礎設施建設發展做出的杰出貢獻,新加坡政府還首度將隧道股份——一家企業的標識印制在全國發行的地鐵交通卡中。
隧道股份榮獲新加坡承包商最高榮譽——國家挑戰盾獎
去年,我們把海外中心從上海搬到了新加坡,實現了真正的國際化。我們認為,中國企業的國際化并不是說接了一些海外的訂單、拿了一些海外的項目,關鍵還在于全球視野、管控模式、人員組成等全方位的國際化,這才是“走出去”的正確方向。一開始我們企業去新加坡的員工都來自上海,現在新加坡市場我們有800多名海外自有員工,80%以上是外籍,包括新加坡、美國、澳大利亞、新西蘭等。不光是人員,采購方面也是一樣,我們已經實現了資源的全球配置,并且這種配置還起到了反哺和互促的作用。通過20年的艱苦打拼,我們在海外建造的市政基礎設施服務于當地百姓生活,促進了當地城市發展,打響了中國建造的品牌;而另一方面,在海外我們習得的安全管理的理念、體系等,從安全管理委員會的成立,到安全總監制度的建設;從“安全嘉年華”等寓教于樂的安全教育模式,到最嚴格執行的現場管理;從聘請最專業的顧問團隊,到落實至每一名一線工人的崗位培訓,不僅成為隧道股份海外最有力的品牌名片,更反哺了隧道股份在國內的安全管理體系建設,成為我們乃至國內許多合作伙伴、同行今天安全管理的標準和指引,形成了良性的互促。
20年前,我們以新加坡為起點走出了跨越國門的第一步;20年后,我們提出“再出發”,在“一帶一路”上的更多國家去實現我們全球化的進程。我們已經在緬甸、馬來西亞、俄羅斯、印度等地做了不少的工程。今天隧道股份的業務領域不僅僅是地下空間,還包含了道路橋梁、建筑與房地產、能源、水利水務、重大裝備、新材料、數字化業務、建設金融等等。例如,我們正在印度建設他們的國家項目:恒河治理的第一期——印度齋普爾河道整治工程。
黨的十九大之后,全國的城市都開始關注兩個問題,一是交通建設的效率,怎樣在完善城市交通功能的同時,減少對居民既有生活的影響;二是交通運營的效率與安全。像造高架,存在著諸如周邊的房屋需要拆遷,高架下的空間也無法再利用;地面交通越多,噪音、粉塵等污染越嚴重;高架改造也比較麻煩,通行還會受到天氣影響等問題,但如果能夠轉為地下交通,這些問題就迎刃而解了。舉個例子,上海北橫通道一開始的方案是一半地上一半地下,盡管地下方案的造價是地上方案的造價的差不多4倍。但上海發展到今天,關注的早已不僅是成本或者建成一個超級工程,而是更多的從城市的未來,從城市實際的需求,從環境、今后的通行、市民的體驗等綜合的因素去考慮。也是基于此,北橫通道最終全部改為地下方案。再比如南昌滕王閣,很具歷史價值,但這個景區原來的評級始終上不去,原先我們受邀為滕王閣門口修建一座高架,但我們綜合考慮了這座城市的需求,為當地重新設計了一套方案,把原先的高架,改為下穿隧道,把原先建高架的空地做成文化廣場,結果項目建成后,不僅解決了區塊交通的問題,更保護了滕王閣的景觀,盤活了周邊的旅游及商業房產,景區級別提升至5A級。這是一個趨勢,地下空間的發展今后一定會迎來更大的機遇。城市要美麗,交通運營要更安全、高效、智慧、綠色,一定是走地下的。
(本文刊發時有刪節)
【口述人簡介】
楊磊,1961年5月生。曾任上海隧道工程股份有限公司副總經理、總經理、董事長,現任隧道股份[上海城建(集團)公司]副總裁。楊磊參與了中環上中路隧道、軍工路隧道、上海長江隧橋、中國首條采用國產大直徑盾構施工的隧道——打浦路隧道復線、國內首條超大φ14.22米土壓平衡盾構隧道——外灘通道、國內在建最大直徑隧道——武漢三陽路隧道等眾多全國、世界級超大直徑隧道建設,以及上海地鐵1號線、2號線、3號線、4號線、5號線……18號線等申城建成或建設中的所有地鐵隧道的建設。
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