“ 200年前世界上第一个矩形盾构机，是欧洲人发明的,我的中国同行却将这项古老的技术，赋予了新的生命。”

这是德国波鸿鲁尔大学副校长、德国科学与工程院院士 Gunther Meschke近日在浙江宁波举办的“宁波轨道类矩盾构”技术评价会上，对此项技术研究的牵头者黄毅博士及其团队伙伴所作的赞誉。

集众智创绝招突破“卡脖子”技术

盾构(或称“盾构机”)素有工程机械的“航母”之称，可广泛应用于城市轨道、地下管廊、铁路公路隧道等重大工程、基础建设领域。

黄毅是上海同济大学土木工程博士生，2012年毕业后入职宁波市轨道集团有限公司（以下简称“宁波轨道”），同事们都称他＂黄博＂，现为高级工程师，与盾构打了十几年交道。他说，宁波轨道通过技术引进与自主研发相结合，仅用4年时间，便顺利打通3条城市地铁线路。不过当时采用较成熟的圆洞单轨盾构技术，遇到狭小逼仄的地下施工空间便难以适应，2013年底，在建设宁波地铁4号线就被卡住了坎。4号线总长35.95公里，其中有2公里线路位于宁波翠柏里老街区正下方，地下可用空间净宽不足14米，在如此狭窄的地下空间作业极为罕见,也是国际性难题。

图一：图为黄毅（左）在施工现场检查设备运行情况

在此期间，黄毅偕团队伙伴多次到欧美日等国的盾构同行调研考察，对日本技术尤为关注。他说，日本地铁大多在东京湾一带，与宁波的城市布局、地质构造有较多相似之处，其中日本推出的矩型盾构，采用全钢架支撑，虽然成本较高，但能较有效的在地下狭窄空间施工，他们视若至宝不轻易示人。

宁波轨道建设分公司党委书记黄贵彬说，我们最初想咬咬牙，从日本买一台“矩型盾构”成品装备，以缓解翠柏里燃眉之急，但日商却以“目前暂无出售计划”为由婉拒。黄毅说，即便能引进其他类似盾构机，对方也处处设防，开出严苛的条件。“事关‘卡脖子’的高端装备与关键技术，不能指望也无法依赖外援引进。”

为此，宁波轨道决定抽调精兵强将，尝试研发适合中国国情与宁波地质条件的“矩型盾构”，黄毅为一线技术负责人。他说，作为一项国际领先的重大课研项目，仅凭宁波轨道单打独斗不行，我们搭建产学研用一体化大平台，参与的有上海隧道设计院、上海隧道工程公司、同济大学等众多一流高校学府、专业机构，组成国内顶尖的地铁盾构攻关团队，将轨道建设工地变成国际级大科研场。

当时摆在黄毅与团队成员面前的有单圆单轨、双圆双轨、矩型双轨等多项国内外的盾构技术。他说，我们经过多方面利弊分析，可行性论证，对包括公认最先进的矩型盾构都予以排除。

既然现行盾构结构都不行，能否考虑椭圆型?黄毅说，经应力计算及实验结果表明,其受力更合理、抗压力更强的结构，不是单纯的椭圆形，而是采用四段不同弧度的曲线，衔接成如同横放的鸭蛋，这便是今天名声远扬的“类矩盾构”技术的创意由来。

对地铁建设来讲，“时间就是金钱”绝非虚言。黄毅与团队伙伴夜以继日全力以赴协力攻关，仅9个月时间，宽11.83米、高7.27米，世界上首台截断面最大、掘进利用率最高的“类矩盾构”精彩亮相，宁波市将其命名为“阳明号”。

深耕一线成就“解难高手”

作为全新的技术装备，从实验厂出品到规模化应用，需要通过可行性验证阶段，自不敢贸然先用在情况复杂的4号线上。黄毅说，我们想到地处近郊的3号线高塘桥出入段线 ，将原本准备开渠明挖的部份地段，改为类矩形盾构地下掘进。

新出厂的“类矩盾构”运抵施工现场，上海隧道公司高级工程师潘涛说，我们心里有些忐忑不安，毕竟从工厂模拟到现场实操变数太大。果然首环试拼装便遇到“下马威”。按设计要求，“类矩盾构”要将每环11片，每片重达数吨高强度钢砼管片，拼接成高7米、宽11米的“类矩环”空间，其精度需要控制在5mm以内，我们耗费多时未能如愿，只得请黄博来 “点拨”。

黄毅在现场观察了两天两夜，终于发现问题。原来随着盾构掘进，管片出现位置偏移，黄毅设计了限位器，将管片夹住定位。接着把拼装机原来各自运行的三个动作，串联成环臂式一个动作 ，使管片拼装精准控制在误差缝隙之内，这才恢复试验施工，闯过了起步难关。

图二： 图为黄毅（中）与团队成员作技术研讨交流

试验段初战告捷，整个团队移师4号线，也一气呵成，打通了曾被视为畏途的翠柏里超窄地下段。黄毅说，按原来施工方案，仅地面拆迁补偿即需12亿元，而采用“类矩盾构”施工，可节省各类费用达11.4亿，且不拆房不扰民，施工进度快，实现社会、经济、环保等多方面良好效益。

宁波地处我国东部沿海软土地带，地下土层含水率高达50%，比东京、上海等同类沿海大城市高出10%左右,是目前我国在建地铁中，地层含水率最高的城市之一，“有人将此比喻为‘嫩豆腐打洞’，认为宁波是座不适合建地铁的城市。”黄毅说。我们运用“类矩盾构”系列化技术工法，有效破解了世所罕见的地下海泥层软土开掘作业的国际性难题。

因受到软土地基等因素的干扰影响，最初施工中几次发生多刀盘碰撞。黄毅说，此类问题国外也有遇到，他们较多采用停机再启动，但影响作业效率扭力受损较大。我们研究后，将大小刀盘分别作了刀形改进与结构调整，杜绝了刀盘交错现象。

宁波地铁6号线江南路施工点附近，有三根大自来水管，轨道建设三部工程师张家硕说，我们按常规作了基坑钢管护壁，黄博巡查后认为不妥，说这些水管一旦发生意外，后果不堪设想。他立即更换能够自动调节压力的智能支撑系统，还在水管沿线设立11个监测点。6号线开工2年多来，多次遭遇台风暴雨及东海大潮侵袭，由于采取周密的防控措施，迄今未发现任何异常。

有专家认为，宁波轨道研发攻关的“类矩盾构”，是全球盾构领域真正意义上的首创与新技术革命。而作为一线“操盘手”，黄毅始终怀有一个信念与梦想，就是要将此“国之重器”，对标世界最前沿，精心打磨成精品极品。

“类矩盾构”问世后，从1.0版到 5.0版，黄毅与团队成员不断深化研发迭代升级,实施了一系列重大技术的改革创新。他说，最初推出的盾构刀盘体系，由两个“X型”大刀盘加一个“I型”小刀盘组合而成，3个刀盘同步作业，形成全断面百分百切削，这也是其独特优越性。

此后运用互联网数字化技术，通过程序预设，盾构机能够自动调节运行速度与刀盘角度，增强了安全性可靠性。随着技术、工法的不断优化，盾构作业效率也大为提升，如管片拼装，最初每块作业时间需30分钟，后缩短为15分钟，现需仅5分钟。掘进速度则由原来每天的2-3米，达到现今每天10米，增加了三倍多。对此丰硕成果，黄毅说，我是农家子弟，深知一份耕耘一份收获，舍此别无他途。

咬定青山不计险终成“遥遥领先”

黄毅还千方百计创新“类矩盾构”的应用场景，使其发挥更多的功能与效能。东钱湖地铁调度场线，原本采用明挖方案，不料动工时发现地下有条国防电缆，只得暂停下来。正当工程队一筹莫展之际，黄毅闻讯赶来，建议改为“类矩盾构”开掘，从电缆下面穿越而过。接着又将沙石建材堆成“人造山坡”，增加盾构施工要求的土层荷载，仅一个多月，就把几乎搁浅的调度场线顺利打通了。

宁波8号线丽园南路站的会车线，为争抢时间需单双轨同步相向施工，这使单圆洞与“类矩”洞容易出现“互吸”偏差。根据委托的地铁设计院模拟预期，偏差可能超过12厘米。

“这难题全世界也找不到先例可作参考。”宁波轨道盾构部工程师刘腾去作汇报，黄毅建议将盾构轴线向外侧偏3厘米。刘腾说，这个纠偏角度远低于测算估值，我们有些将信将疑。结果在实际操作中反弹值为4厘米，两相抵冲仅1厘米之差，安然通过了最危险的交叉段，大伙喜出望外，又叹服不已。

图三：图为工程技术人员为首台“类矩盾构”作投产前检查调试

“类矩盾构”不断创新的科研成果，在国内外业界产生了广泛影响，来自郑州、南京、杭州等众多城市的地铁同行，纷纷幕名前来学习考察，推广移植的先进技术、工法，亦广受欢迎好评。

在历时10年的不懈努力与坚守中，黄毅团队先后获得42项国内外专利，4项省部级科技进步奖，填补了多项国内空白，占据了全球地铁盾构领域的制高点，成为真正的“遥遥领先”。黄毅说，目前面向六代机，我们仍在加强技术研发与储备，努力使“类矩盾构”这项高新技术，在国际竞争的赛道上，持续保持领军者的地位。

作为浙江省劳动模范、国内地铁行业有影响的技术新秀，黄毅还发起成立了劳模创新联盟，集聚参与宁波轨道施工、设计、科研等20余家单位的劳模、技术骨干，交流探讨技术研及时解决一线难题，硕果累累。

近日在宁波举行的阳明号“类矩盾构”技术成果评价会上，面对众多来自国内外的权威专家学者，黄毅作了一个多小时的演讲，各位“大咖”争相发言，对技术成果与主讲人深表赞许。中国科学院院士何满潮、中国工程院院士刘加平、周创兵、韩国工程院院士李寅模、新加坡工程院院士梁春辉等中外专家学者一致认为，“类矩盾构”作为中国首创性、原创性、国际领先的高端装备与施工工法，拥有不可替代的优势与广阔应用前景。

原国际隧道协会副主席、美国科罗拉多矿业大学教授JamaIRoStami说，黄博士牵头研发的这项先进诱人技术，在欧美国家也有需求，尤其在欧洲许多古老的小城，道路狭小建筑密集，“类矩盾构”可为城市地下交通建设提供全新的解决方案。（作者：丹辰）

图片供稿：宁波市轨道交通公司集团有限公司