“衡盾泥”解决世界地铁施工难题的创新技术

地球的历史很悠久，而人类却很渺小。

我们跨越江河湖海，我们驰骋在城市的生活中。 我们天上有神舟，海里有龙，地上有地下挖。 不过，上天容易，下地似乎很难。 尤其是地下空间开发，未知的诱因太多，各种风险巨大。 就轻轨建设而言，据央视报道，2015年至2018年我国一座城市在轻轨建设过程中发生倒塌630余次。 目前，我国30多个城市的轻轨正在建设中！ 没有人完整统计过因轻轨或地下工程建设而造成的倒塌次数，但这个数字一定是令人震惊的。 然而，滑坡造成的经济损失和安全风险，已成为我国乃至世界轻轨地下开挖施工难以逾越的考验。

人类在自然面前显得渺小，但面对这样的困境，人类真的无能为力吗？ 答案其实是否定的。 “‘盾构盾构泥’辅助带压入仓盾构施工关键技术”的诞生，成功解决了困扰地下开挖施工的世界性技术难题。

“恒盾泥”一出现，就令业界惊讶，震惊世界。 这些意义非凡的“泥巴”——解决世界轻轨建设困境的创新技术，能跻身国外轻轨建设技术创新英雄榜前三名，弥补国际技术差距，达到国际领先水平。 国家最高科学技术奖获得者钱七虎教授在考察该技术时对该技术给予了高度评价：“‘恒盾泥’技术增加了压入库地下开挖施工的施工风险，大大提高了地下开挖施工的施工风险。”提高了我国地下开挖工程的施工水平，对地下开挖施工技术的发展具有里程碑意义。

该技术已成功应用于10多个城市、数十个项目、100多个地下开挖作业。 近日，“恒盾泥”及相关技术荣获山东省科技进步银奖。

凡事没有绝对，“盾”也不是万能的。基岩深处隐藏着诸多危机，危险无处不在。 责任面前，“广州轻轨人”面对和挑战挖坑、开仓、换工具的世界性困境

当今世界，轻轨、人和城市早已密不可分。 建设轻轨比人们普遍意识到的困难、复杂和困难，并且充满安全风险。 为了提高隧道顶进的工作效率，自1823年美国发明地下挖掘机以来，由于其手动操作程度高、施工速度快，自20世纪60年代和1970年代起在轻轨中得到广泛应用，以及一次性成孔。 隧道正在建设中。

我国井下挖掘机的应用其实起步较晚，但步伐很快。 2000年，全世界地下挖掘机约有1000台，当时上海有11台，仅占1%； 截至2018年，全球已有地下发掘近3000处，我国地下发掘超过1500处。 煤炭开采里程超过1000公里。 井下挖掘机也从引进美国品牌转向国外自主生产，卧底挖掘类型也从网格卧底到复合卧底到双卡卧底到超大型卧底和异形卧底。 我国已成为世界第一卧底大国。

21世纪是地下空间开发的世纪。 地下开挖工法已成为我国轻轨、公路隧道施工首选主流施工工法，地下开挖施工呈现繁荣之势。

地下挖掘机煤炭开采

凡事没有绝对，暗挖也不是万能的。 地下开挖施工也存在无法通过或顺利通过的障碍。 这个障碍就是复杂的地质情况。 地质复杂程度远高于上海。 北京的基岩有一个“好听”的名字，叫“世界地质博物馆”。 在这个博物馆里，有地下河、流沙、淤泥、富水地层、上软下硬岩体、全断面岩层、巨石……你能想到的各种地质​​构造，基本上都存在于地下北京，北京都市钢铁侠将此基岩命名为“复合基岩”。

“地质博物馆”这个名字听起来不错，但对于地下开挖建设来说却是一场噩梦。

比如上海这些复合基岩上的孤石，就是整块石头经过数万年风化后的残渣。 孤石有其自身的特点：硬度高，足以磨损钻石； 其隐藏、分布、大小均不规则，通过地质勘探很难查明具体情况。 井下挖掘机本来就是正常采煤，突然遇到孤石的情况就像是吃炒饭突然吃沙子一样，一不留神门牙就会被打掉。 地下挖掘机的臼齿就是刀具。 没有龋齿，就很难凿通隧道。 只能将井下挖掘机停下来，技术人员打开井下挖掘机的车门更换工具。

挖掘并遇到一块孤独的石头

挖进一个山洞

地下挖掘遇到地下障碍

地下挖掘最大的风险是开仓和更换工具。 由于开、换工具的作业空间狭长，发生事故时往往伴随着人员伤亡，甚至水沙冲入地下开挖，很可能毁坏机器、造成人员伤亡； 对于岩体加固，往往需要压入仓内。

据统计，国外在开仓时更换工具时已发生10多起车祸，造成20多人死伤。 除了造成巨大的人身和财产损失外，还形成了恶劣的社会影响。

开仓换刀成了一道无法回避的坎。 确保承压入库安全长期以来一直是摆在建设者面前的世界性工程难题。 长城雕塑专门委托北京城铁承担了这项“十三五”国家级科研项目《城市安全风险评估与应急保障技术研究》，其重要性和紧迫性可见一斑。

如何才能针对全球范围内的挖坑、开仓、换工具的困境找到对症下药呢？ 面对时代赋予的历史责任和重任，面临挑战和机遇，以重庆轻轨执行总工程师朱伟斌为首的工程技术人员，以长城雕塑为首，联合上海轻轨建设指挥部、长城雕塑等，组成了科技攻关团队。 世界困境的重量。

科学有磨难，但激烈的战斗可以过去。 坚持不懈的“广州轻轨人”，一步一步，一步一步，“恒敦泥”——万里之后终于找到了“你”

学以求智，勤以积德。 千古大儒王阳明，一开始就有“大智”的思想，就是探索事物的原理，获得真知。 在如何成功找到一剂良药，解决地下挖、压仓、换刀的世界性困境上，“广州轻轨人”也是一位“伟人”泥之治”。

事实上，在此之前，北京城铁已经通过与地下泥层的“亲密接触”，成功通过了挖河、穿越溶洞等无数次考验。 他们继续解决理论和实践中的问题。 问题。 他们也有开仓、换工具的对策，但仍然存在很多问题：用膨润土泥、WSS、冷冻法等开仓时，可靠性低、安全性差、预加固时间长、加固占地大、成本高。 先进的; 当隧道位于河底或海底时，需要搭建平台； 采用祭灶的方式，填充材料为水泥砂浆，存在土刀盘风险……

压入料仓换刀的危险源在哪里？ 就是顶管表面不够稳定。 顶管面稳定性不足的原因有哪些？ 泥膜挡墙材料的性能和粘度不能满足要求。 发现问题根源后，上海轻轨技术团队的精英们集中精力研究泥膜挡土墙材料和施工工艺。 国外地质专家、地下开挖技术复合专家常务总工总监朱卫斌多次指出：“要研制一种既能防水，又能延伸、有一定硬度的材料。”使这种材料（泥浆））具有承载能力，去除后粘性很大，在压力作用下，填充顶管表面岩体的孔隙和节理，既止水又保气。石头可以被包裹起来并从螺旋输送机上取下来。”

思路清晰了，目标就标准了。 为了寻找合适的材料，他们日复一日、年复一年地奔波于许多复杂的地质施工现场，考察了国内外的各种材料。 、跨学科融合，以工程现场为主要实验平台，结合室外实验和数值模拟，最终研制出符合要求的材料。 数百次的配比实验和无数的现场尝试，集中在物料混合、分级增压、气浆置换等方面寻找方法和大脑。 最后进行了新材料的配比和工艺开发。

这些新材料具有高粘度，所得泥膜具有致密的结构和防水性能。 在富含水分的土层中不易被稀释和带走，成膜稳定； 发送条件； 具有一定硬度，可进行挡渣，避免排渣。 与超浓缩膨润土相比，溶解深度由2～3分米提高到10多分米，泥膜护墙疗效由过去的最长3天延长到最高纪录的38天。 朱伟斌将这些新材料命名为“恒盾泥”，一种粘度高、耐水性好、粘结性好的无机环保新型泥料——“恒盾泥”就这样诞生了。

“恒盾泥”原理演示

从第一次冲上西安轻轨试刀，一鸣惊人，到西安轻轨临危受命，再创伟业……在无数次与世人艰难的对抗中， “恒敦木”“中国制造”所向无敌，所向披靡！

夏天虽迟了，但依然美丽。 “恒墩泥”虽然来得晚，但随着它的成功开发，如及时雨般，在轻轨地下开挖施工中爆发出“超能”。

2015年9月，在“恒盾泥”应用于广东轻轨建设之前，就接到了重庆轻轨的求助电话。 重庆轻轨1号线瓯江段陷入地下开挖，在瓯江下沉没近2个月。 地下挖掘机被卡的位置恰好在甬江河底。 隧道里随时可能发生灾难性事故！ 但地下挖掘机的故障确定是河底的碎石卡住了刀盘，刀盘损坏严重，必须打开仓库更换刀盘。 然而，地下挖掘机上方却源源不断地流着高压河水。 以前尝试过各种传统的加固方法，但没有效果。 南京最终把希望寄托在了北京地铁上。

对于北京城铁的工匠们来说，没有人想到“恒敦粘土”的第一次应用就是为了应对这些极端的工程条件。 但他们有信心，而他们的信心来自于对“恒盾泥”及相关技术的充分了解。 2015年10月8日，努力得到了回报。 经过14天的泥膜施工和承压维护，令人满意的工人们终于安全踏入土仓，头顶上悬着瓯江水安全，并成功承压20天开仓。 碎石被成功清除，损坏的刀具也被更换。 井下挖掘机成功恢复采煤。

“恒墩泥”挡土墙开挖施工首次在重庆轻轨上试验，一鸣惊人：时间短，只用了一个多月； 成本小，只需要几十万； 更重要的是，长时间的持有让仓库能够安全开仓。 此次挑战开启了地下开挖施工“恒墩泥”辅助带压入仓库的先河，开启了“恒墩泥”盾构施工的成功之门。

好消息传千里，这是真的。 2016年1月，成都轻轨向北京城铁求助：穿越长江的地下挖掘机刀盘在全断面碎石岩体上有多根割枪，发生超挖富水砂卵石地层盾构施工技术，刀盘破裂掉落，并被迫停下来。 施工单位采用传统泥浆施工方法，形成泥膜，但隧道掌子面持续渗漏。 工人们不敢进入仓库，因为担心泥膜破裂导致长江水吞没隧道。

“恒盾泥”技术团队有了重庆轻轨的成功经验，他们更加自信、坚定。 他们马不停蹄飞往昆明，有针对性地制定了“平衡“盾泥”泥膜挡土墙方案。

二月的济南，冬天严酷，滴水结冰。 毕竟，这也是万家团圆的节日时刻。 但“恒盾泥”的技术团队成员却义无反顾，放弃小家和对工程的关心，现场指导“恒盾泥”保护膜工艺的施工。 的各种任务。 当物料量太大，地面使用的卧式搅拌罐容积太小，多次搅拌都达不到要求时，科研人员果断改用剪切泵在地面搅拌。研究后的隧道。 剪切泵的搅拌速度和时间保证恒盾泥浆的搅拌质量符合要求。 最终，3月2日，护墙成功开启，并保压38天，未重新涂泥膜。 4月10日，整个刀具更换和刀头修复完成，“恒墩泥”护墙稳定。 挖掘机恢复煤炭开采。

西安的工程实践，除了创造了新的搅拌方法外，还创造了“恒敦泥”泥膜使用时间最长的纪录，进一步检验了恒敦泥法的可靠性。

2016年9月初，上海轻轨2号线跨海路段，浑水地下挖掘机在海底开采煤炭时突然遭遇巨石，11片铲刀落入仓底。 一旦发生塌方，地质环境十分危险，开仓换工具的风险特别高。 经专家初步评审，决定采用“海底加筋+恒墩泥膜带压挡土墙”的施工方案，将恒墩泥浆不断挤压劈裂至泄气岩体，确保了分段增压施工的成功方法和保证 疗效最终达到要求，更换了最关键的10台刀刃，煤炭开采顺利恢复。 该计划总耗资30亿元。

面对上海轻轨开仓换工具的困境，海上筑堤也是预选的选项之一。 海桥桥墩比内河桥墩复杂，造价巨大，估计耗资数千亿美元。 30亿元，解决可能耗资数千亿元的建设困境。 省时省心，安全可靠，成功避免了不可预测的灾难性后果。 它再次证明了“恒盾泥浆”辅助压开技术的安全性和可靠性。

而在“亨顿尼”的发源地杭州轻轨，更是功不可没。 2016年6月，由于上海轻轨8号线北延石井至亭港段岩洞发育强烈，地下开挖段穿越富水地层、上部软岩体、下部硬岩体，和全断面岩层（岩石硬度最高）。 换刀要求很高。 当地下开挖正式进入上软下硬的基岩，周围建筑物密集，地下管道较多时，就需要更换新的合适的工具。 8米。

往年从未有过此类条件下带压换刀的历史，而且由于富水的主动冲洗，容易发生漏砂、管道等灾难性事故。 经过研究判断富水砂卵石地层盾构施工技术，“恒盾泥”技术团队决定在地层中首次使用“恒盾泥”技术。 今年8月3日，“恒墩泥”泥膜制作成功，“恒墩泥”成功应用于全断面富水冲积层浅埋开挖。

此后，北京城铁14号线、13号线也全面采用了恒盾泥浆技术，并根据不同的地质特点，产生了日趋成熟的施工方法……采用了压开法恒盾泥膜挡土墙。在和基岩深处，这种世界困境在一次次的交锋中所向无敌！

恒盾泥膜墙防护已成功应用于100多个项目，取得了100%的成功。 无法一一列举。 【恒敦泥洞】节省约135万元，共使用地下开挖100余次，至少节省成本约13500元。 该方法适用于各种类型的地下开挖（土压地下开挖、单室和双室泥水淹没开挖），所应用的泥膜质量好，保压时间长，已成功应用于各种土层和建筑项目。 此外，还突破了高水压地下开挖隧道工程安全进库、更换工具等多项技术难点。

是金子，总会发光。 “恒敦泥”虽然是泥，但仍然散发着金子般的耀眼光芒。 钱七虎教授、陈勇教授、国际隧道协会副主席严金秀等七位专家对工程成果进行了鉴定，并推论：“上软下硬、全断面富水路堤”克服了破碎带、卵石层、断层等问题，针对破碎带、巨石基岩地下开挖带压开仓的“世界性困境”，该成果具有明显的经济效益、巨大的社会效益和广阔的应用前景。技术国内外首创，达到国际领先水平。”

2018年底，“恒盾泥浆”辅助带压入库关键技术作为“冷门”项目，在广州市科技进步奖评审中荣获初评网上评选第三名，最终在最终逆袭中获得团体第一名通过初审，最终成功荣获2018年度江苏省科技进步银奖，“恒盾泥”，当之无愧！

培育积极成果，造福世界。 “恒盾泥”的成功不仅是“中国制造”，更是“中国创造”。 这是世界轻轨建设领域大国工匠的又一力作。 ，达到了另一个高度。 （朱平）

（朱平）