PDF《2018年国家科技进步奖提名项目公示》

2018年国家科技进步奖提名项目公示

一、项目名称 复合地层超高水压超大直径盾构隧道建设关键技术

二、提名者及提名意见 提名者:中国公路学会 提名意见: 我单位认真审阅了 复合地层超高水压超大直径盾构隧道建设关 键技术 项目推荐书及附件材料,确认全部材料真实有效.

本项目以中国首个复合地层超高水压超大直径盾构隧道――南京扬子江隧 道为依托,对复合地层超高水压超大直径盾构隧道建设关键技术开展了研究. 创新性提出了刀盘伸缩机构新理念, 解决了超大直径盾构隧道复合地层和不 明地质条件下刀盘掘进过程中刀具更换和刀盘被困得世界级难题. 首创了复杂地 质长距离掘进条件下多模式切削刀盘和刀具技术,开发了超高水压、震动状态、 交变载荷下刀盘主驱动系统, 研制了在超高水压条件下满足氦氧饱和气体作业的 人闸设备系统, 首次实现了超大直径盾构机的自主研发和国产化,结束了超大超 大直径盾构机完全依赖进口的局面,对我国基础设施建设、国防工程将提供有力 的技术支撑,对促进我国隧道盾构机机械产业的发展,起到积极促进的作用,总 体技术达到国际先进水平,其中刀盘伸缩机构达到了国际领先水平. 首次将氦氧饱和潜水技术应用于盾构隧道带压进舱作业中, 突破了空气带压 进舱作业时间短、减压时间长、工作效率低的难题,形成的氦氧饱和压气条件下 开仓作业技术体系,将盾构工法的应用拓展到超高水压、复杂地层领域,为国际 领先水平. 开发了超高水压强透水地层定量形成长寿命闭气型泥膜技术,大幅度 延长了泥膜-压气稳定时间. 构建了复合地层超高水压双层盾构隧道设计理论体系, 解决了长距离复合地 层超大直径盾构隧道切岩量大、 超高水压强透水层条件下盾构隧道长期防水以及 长距离双层车道结构盾构隧道运营安全等技术难题. 成果在福州、佛山、哈尔滨、孟加拉国项目中得到应用,已建和在建的隧道 施工里程 20.9km,实现收入近 74.8 亿元,新增利润 1.25 亿元.部分研究成果已 纳入《公路水下隧道设计规范》和行业专著《公路盾构隧道设计指南》 ,将对我 国公路水下盾构隧道的发展起到引领和指导作用, 促进了我国大直径盾构机的国 产化,每年新增数十亿的产值,为国产盾构机参与国际市场竞争奠定了基础,提 升了中国水下盾构隧道建设技术在国际上的影响,产生巨大的社会和经济效益. 鉴于以上所述, 郑重提名 复合地层超高水压超大直径盾构隧道建设关键技 术 为2018 年度国家科学技术进步奖贰等奖.

三、项目简介 本项目以中国首个复合地层(岩层最大单轴抗压强度 141MPa)超高水压 (0.72MPa,国内建成最高)超大直径(φ14.93m)盾构隧道南京扬子江隧道工 程为依托, 解决了超高压条件下超大型盾构机国产化研制、盾构机氦氧饱和气体 带压进仓换刀、超高水压复杂地质条件下的盾构掘进、超高水压下盾构管片接缝 防水等一系列关键技术难题.主要创新成果有: (1)开发了盾构刀盘伸缩机构、卡机脱困技术、复杂地质多模式切削刀盘 技术、饱和气体带压换刀人闸设备系统,研制了适用于复杂地层、高水压、长距 离掘进的超大直径泥水平衡盾构机设备,是国内首台国产的开挖直径为 15.03m 的超大直径泥水平衡盾构机. (2)世界上首次应用氦氧饱和气体带压进舱作业技术进行高压条件下带压 进仓换刀作业,一次换刀工作时间可达到 6~8 小时,工效与常规压缩空气方法 相比提高

9 倍. 开发了作业条件所需的超高水压强透水地层长寿命闭气型泥膜制 备技术,可达到 0.8MPa 压气条件下长达

6 小时漏气率小于 5%的效果. (3)构建了复合地层超高水压双层盾构隧道设计理论体系,解决了长距离 复合地层超大直径盾构隧道切岩量大、 超高水压强透水层条件下长期防水以及长 距离双层盾构隧道运营安全等技术难题. (4)攻克了复合地层条件下高水压盾构隧道的关键施工技术难题,实现了 0.65MPa 高水压和强透水地层条件下的超大直径泥水盾构复合注浆止水条件下 盾尾刷更换、富水软弱地层盾构穿越大型圆形风井等成套施工技术. 本项目在复合地层超高水压超大直径盾构隧道的设计理论、 施工工法和设备 制造创新及国产化方面均取得了重大突破,大直径泥水盾构机实现产业化.主要 应用推广情况如下: (1)研制的超大直径盾构机已经实现产业化,在南京扬子江隧道工程建设 中得到成功应用,获得累计销售额 38.4 亿元;

(2)饱和带压换刀工法、管片接 缝防水可靠性设计方法、 合理覆土厚度设计及安全防范措施等成果在南京扬子江 隧道中获得应用,节约投资 4.96 亿元;

(3)双联重型高耐磨撕裂刀和高磨蚀性 砂卵石地层刀具配置技术、 长距离掘进施工参数模型、长寿命闭气型泥膜等技术 在福州市城市轨道交通

2 号线

4 标、

6 标以及佛山市城市轨道交通

2 号线 (一期) TJ01 标中进行了应用,显著降低换刀频次,提高掘进效率;

(4)本项目部分研 究成果已纳入《公路水下隧道设计规范》和专著《公路盾构隧道设计指南》 ,对 我国公路水下盾构隧道的发展起到引领和指导作用.本项目的成功实施,为长江 中下游地区众多过江通道的建设、 沿海地区跨海隧道以及众多特大城市规划的深 隧工程的建设提供了强有力的技术支撑,具有广泛的应用前景. (5)累计产生经 济效益

74 亿元. 本项目共获得发明专利

24 项,形成企业级工法

4 项,发表专著一部,发表 论文

49 篇 (其中 EI 收录

40 篇) , 获得省部级一等奖

3 项. 获得国家科学技术部、 环境保护部、商务部、质量监督检验检疫总局颁发的国家重点新产品一项.

四、客观评价 1.与国内外相关技术比较 根据

2014 年2月24 日中国科学院上海科技查新咨询中心的查新, 应用于此 项目的 NSQYPHFH

1493 型泥水气压平衡复合式盾构机, 备用可推出式滚刀技术、 刀盘伸缩机构、 多道环形全面盾尾冷冻系统、氦氧饱和潜水作业人行闸为世界首 创.未见国内外与项目方完全类似的报道. 对比国内类似产品的技术参数,分析结果为:NSQYPHFH

1493 型泥水气压 平衡复合式盾构机在刀盘结构设计和刀具配置、伸缩式刀盘技术、饱和气体作业 人闸、整机技术等方面处于国际先进水平.对比国内现有超大型盾构工程,施工 地质条件是最复杂的、难度是最高的. 根据

2014 年4月25 日中国科学院上海科技查新咨询中心的查新, 可三向加 载控制的管片接缝防水性能试验设备、试验方法和流程未见类似报告,课题组研 制出的能满足 0.72MPa 超高水压的超大直径盾构隧道弹性密封垫断面形式也未 见类似报道,具有先进性和新颖性. 与国内外相关技术比较总结如下: 表1本项目技术成果与国内外同类技术对比表 关键技术 对比点 国内外同类技术 本项目技术 盾构法隧道进仓及 更换刀具技术 带压换刀技术 一次工作45分钟, 工效低 氦氧饱和气压进仓技术, 一次工作 6~8 小时, 工效 提高

9 倍 盾构机刀盘刀具 推出式滚刀,刀盘 伸缩机构 国内外未见 首创推出式滚刀, 刀盘伸 缩机构 超大直径盾构隧道 接缝防水技术 最高水压 0.65MPa 0.72MPa 15.03m 超大直径盾 构机国产化 盾构机集成制造 国内无先例, 国外 较少 自主研发, 国产化率 65% 2.国家首台套鉴定

2015 年7月,经工业和信息化部鉴定为首台套.鉴定委员会认为:泥水平 衡盾构机对我国基础设施建设、 国防工程将提供有力的技术支撑,对促进我国隧 道盾构机机械产业的发展,起到积极促进的作用,总体达到国际先进水平,其中 备用可推出式滚刀技术、 刀盘伸缩机构技术和氦氧饱和带压换刀应用技术达到国 际领先水平. 3.产品测试

2013 年8月该产品通过了国家工程机械质量监督检验中心的型式试验,试 验项目为整机性能试验、安全检查和 200h 可靠性试验,试验结论为:样机主要 技术参数和性能指标满足设计要求,样机主要技术参数和性能指标符合 Q/320581GLD002-2012 企业标准的要求 4.国家重点新产品 获得了

2014 年度国家科学技术部、环境保护部、商务部、质量监督检验检 疫总局颁发的国家重点新产品项目. 5.科技成果鉴定

2016 年2月20 日,在江苏省科技厅组织的 大型隧道盾构机的研发及产业 化 项目验收会上,验收委员会认为项目研制了超长掘进距离刀盘、刀盘伸缩机 构、备用可推出式滚刀、高水压下氦氧饱和带压换刀技术,新型盾尾密封装置、 专用管片机口子件搬运系统等, 开发集成了国内首套超大型泥水气压平衡复合式 隧道掘进机,并在南京纬三路过江隧道等工程中得到了成功应用.

2012 年5月31 日,江苏省交通运输厅对 管片接缝防水可靠性试验及数值 分析研究 课题成果进行了鉴定.鉴定委员会认为:课题首次自主设计研制了可 三向加载控制的管片接缝防水性能试验设备, 根据弹性密封垫人工老化试验和非 线性有限元分析的结果, 预测了弹性密封垫长期防水性能.认为该研究成果总体 达到国际先进水平,在现有拼装条件下,管片接缝防水能力达到国际领先水平. 6.获奖 (1) 《NSQYPHFH

1493 型泥水气压平衡复合式盾构机》获得了

2014 年度 江苏省科学技术奖一等奖. (2) 《NSQYPHFH

1493 型泥水气压平衡复合式隧道掘进机》获得了

2014 年中国机械工业科学技术一等奖. (3) 《复合地层超高水压盾构隧道建设成套技术》获得了

2017 中国公路学 会科学技术奖一等奖. (4) 《复杂地质条件下水下大断面盾构隧道建设关键技术》获得了

2017 中 国交通建设科学技术奖一等奖. (5) 《超高水压复合地层超大直径泥水盾构施工关键技术》获得了

2016 中 国交通建设科学技术奖一等奖. (6) 《复杂地质超大型盾构机关键技术的研究及其应用》获得了

2016 中国 交通建设科学技术奖一等奖. 7........