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一生挚爱盾构机

——记中铁高新工业股份有限公司总经理李建斌

中国应急管理报 作者:记者 杜振杰 通讯员 焦 健/文 本报记者 张兆增/图 2019-08-14 09:31:26

李建斌及其团队获得2018年度国家科学技术进步奖

我国自主研制的首台全断面隧道岩石掘进机下线

中铁699号盾构机顺利下线——中国盾构机首次应用于欧盟高端市场意大利CEPAV铁路项目

人物简介

李建斌,中铁高新工业股份有限公司总经理(原中国中铁工程装备集团有限公司党委书记、董事长)。

1962年10月出生,教授级高工,一级建造师,国家“973”计划首席科学家,享受国务院政府特殊津贴,系中国铁路工程总公司盾构产业化的开拓者。

全国每年约有600台盾构机在地下工作。最初100%依靠进口,现在国外的盾构机在国内占比不到10%,而中铁工业的产品市场占有率达到近40%。中铁工业的产品已经出口到法国、意大利、丹麦、新加坡、以色列等19个国家和地区,产、销量连续2年位居世界第一。

2014年5月10日,习近平总书记视察中铁工程装备集团,时任中铁装备党委书记、董事长的李建斌全程陪同,介绍了我国隧道掘进机的发展现状及企业各项发展成果。

在中铁工程装备集团,习近平总书记强调要“推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变”。

“全程我共汇报38分钟,既紧张又兴奋。特别是习近平总书记提出的‘三个转变’要求,对我们是极大的鼓舞和鞭策,给我们此后的发展指明了方向。”近日,在接受记者采访时,如今已是中铁高新工业股份有限公司总经理的李建斌这样回忆道。

安全施工成为职业生涯第一课

“安全施工是我参加工作后学习的第一课,也是最重要的一课。大瑶山隧道施工中,我还学会了安全管理。”李建斌说,大瑶山隧道地质条件异常复杂,各种施工危险区域合计占隧道总长度的一半以上,极易发生塌方等地质灾害,属安全高风险项目。

1962年10月出生的李建斌,由于学习成绩优异,16岁就考入吉林工业大学机械工程系。1982年,他大学毕业时,正值国家改革开放初期,作为国内重点工程的京广铁路衡(阳)广(州)复线刚刚开工。铁道部隧道局要在吉林工业大学选一名优秀的大学毕业生到工地上,李建斌被选中。

大瑶山隧道位于京广铁路衡广复线坪石至乐昌之间,自北向南穿过大瑶山,位于广东省乐昌市境内,全长14.295公里,是当时国内最长的双线电气化隧道,其长度当时在世界铁路隧道中列第十位。隧道施工全部实现机械化,用大型机械进行全断面和大断面开挖。整个工程实现爆、装、运和喷锚支护、混凝土衬砌全面机械化流水线作业。

“当时工地上有100多辆车,很多是进口的。我初到工地时的任务就是负责车辆的维护、保养、使用和管理。”李建斌说,他的具体工作虽然是车辆管护,但跟隧道工程的施工工艺、工程进度、安全管理、现场指挥等密不可分。时间一长,他把这些事情都了解清楚了。肯努力加上学习能力强,在工地,他很快成长为一名知识、技能全面的工程师。

“安全施工是我参加工作后学习的第一课,也是最重要的一课。大瑶山隧道施工中,我还学会了安全管理。”李建斌说,大瑶山隧道地质条件异常复杂,各种施工危险区域合计占隧道总长度的一半以上,极易发生塌方等地质灾害,属安全高风险项目。在这次施工中,他们遇到过40多次涌水涌泥险情,避免了8次严重的灾害性突水、突泥事故,顺利通过了13个大断层等不良地质段。隧道从开工到贯通的8年间,建设者们未失一兵一卒。

说起这段工作经历,李建斌很感慨。他认为,正是这段宝贵的一线工作经历,让他将在学校学习的理论与实践相结合,得到了很好的锻炼,很快就成长为项目经理。李建斌此后参与了侯月铁路云台山隧道、内昆铁路、武汉长江隧道(长江上建成的第一条穿江隧道)、厦门翔安海底隧道(中国大陆第一条海底隧道)等国家重点工程建设,并担任项目经理、指挥长。

不满足于依葫芦画瓢,花大力气自主研发

在国家“863”计划的支持下,李建斌带领的团队相继取得了盾构机刀盘刀具、液压驱动系统等关键技术的研究突破,研制出“盾构机模拟试验平台”,在这个试验台上反复尝试,在试验成功的基础上开始样机的制作。

从上世纪90年代起,国内不少大城市开始建设地铁。地铁建设过程中,明挖法的成本很高,且严重影响城市交通。暗挖法中的盾构法成为最好的选择,但是地铁建设的“神器”——掘进机需要进口。

1997年,中国首次从德国引进了2台掘进机,用于挖掘西康铁路秦岭隧道。当时,一台进口掘进机的价格高达3亿元人民币。

1999年,中铁隧道集团引进2台德国盾构机,应用于广州地铁建设。外方对技术实行垄断,设备维修保养不允许中方参与,维修所需工时完全取决于外方,严重影响中方工程施工进度。

“地铁建设是长期性的,盾构机的需求是刚性的,因此总依赖进口是不行的,必须实现国产化。”李建斌告诉记者,国家从战略高度认识到解决这个问题的紧迫性,决定将盾构机关键技术的研发和实现国产化纳入国家战略进行攻关。

为了打破隧道掘进设备被国外垄断的局面,中铁隧道集团先后投入巨资,着手开展盾构产品的技术研发。2001年2月,该集团成立盾构研发机构,李建斌成为项目负责人,也由此与盾构机结缘。他在铁路系统内选调了机械、液压、电气等方面的工程师,组成一支一共18人的团队,开始了盾构机研发工作。盾构机有刀盘刀具、液压、电气、泥水、砂砾等五大系统,这五大系统成为国家“863”计划中有关盾构机研发的5项课题,由李建斌的团队承担。

“以我们的能力和水平,依葫芦画瓢搞制作并不是难事。但这不是我们的本意,我的出发点是破解设备的设计理念,掌握核心技术,做自主研发工作。”李建斌告诉记者,这个研究过程持续了近5年。在此期间,他带领大家下工地,到国外的生产厂家学习考察,到科研机构和高校向专家请教,到实验室搞研究。

在此期间,了解到广州地铁施工使用的是从德国进口的掘进机,李建斌带领团队成员到工地上参与施工。在这个过程中,他们认真观察,全面掌握了盾构机五大系统的运行机理及各系统间的联系,掌握了设备的技术关键点。

2002年8月,中铁工程装备集团在河南新乡建成了以盾构研发、组装调试、制造维修为主的盾构产业化基地。在国家“863”计划支持下,李建斌带领的团队相继取得了盾构机刀盘刀具、液压驱动系统等关键技术的研究突破,研制出“盾构机模拟试验平台”,在这个试验平台上反复尝试,在试验取得成功的基础上开始样机的制作。

2008年4月,李建斌带领的团队凭借中国中铁在隧道设计、施工技术和工业制造方面的集成优势,成功研制出拥有自主知识产权的国内首台复合式土压平衡盾构机——“中国中铁1号”,并在天津地铁三号线盾构工地应用,成功穿越多个建筑,地表沉降幅度控制在3毫米以内,符合设计标准,打破了国外盾构一统天下的局面。

埋头学习超越,成功实现逆袭

李建斌带领团队攻克了超大直径、超小直径、极限工况下的装备设计、制造关键技术,成功研制了一大批世界首台、国内首台的开创性产品,产品直径从2米至18米,广泛应用于国内外多个领域和重点工程。

从引进国外盾构机到自己造盾构机,李建斌的团队用了8年时间。2009年12月23日,中铁隧道装备制造有限公司成立,李建斌带领着他的团队开始了新的征程——盾构机的产业化。他的设计团队从最初的18人,扩大到108人,并与国外企业、国内优势企业及大专院校组成了稳定高效的产、学、研联合攻关研发队伍。

“我国各个城市差异较大,地质结构有诸多不同,单一的盾构机无法满足实际需求,就像劈柴和切豆腐肯定有很大的区别一样。”李建斌说。为此,他带领新的团队着眼于全国不同的城市需求进行设计。他们先后购买和研究了日本、德国、法国、加拿大等不同国家的设备,研究设备在不同地质条件下,比如在硬岩、黄土、沙土环境的工作状态,从而搞清楚了其各自背后的设计理念。

“遇到特别硬的岩石,仅仅靠压力是无法实现快速掘进的,对这一问题国外的设备也无法从根本上解决。我搞过隧道施工,对现场的情况最熟悉,我要把自己的认识和实践经验融入设计理念。”李建斌说,他在刀盘、刀具之外想办法。例如,利用过去比较成熟的水切工艺,或加热,或压缩风力,首先破坏岩石表面的完整性,打开缺口,再发挥刀盘、刀具的作用。

正是在这样的设计理念指导下,李建斌带领大家攻克了超大直径、超小直径、极限工况下的装备设计、制造关键技术,成功研制了一大批称得上世界首台或国内首台的产品,产品直径从2米至18米,广泛应用于国内外多个领域和多项重点工程。

2013年,中铁装备研制的世界最大矩形盾构成功应用于郑州中州大道下穿隧道;

2014年,矩形盾构成功应用于新加坡地铁项目,成为国产异形掘进机走向海外的首个成功案例;

2015年,中铁装备研制出的具有自主知识产权的硬岩掘进机应用于吉林引松供水工程,推动我国在硬岩掘进机领域进入世界第一方阵;

2016年,世界最小直径(3.5米)硬岩掘进机研制成功,应用于黎巴嫩贝鲁特供水项目;

2017年,国内最大直径(9.03米)硬岩掘进机“彩云号”在亚洲最长铁路山岭隧道——高黎贡山隧道投用;

2018年,我国自主设计制造的国内最大直径(15.8米)泥水平衡盾构机“春风号”成功下线,计划应用于深圳市春风隧道工程。

“从自己制造,到卖到国外,这个过程充满了挑战性。”李建斌清楚地记得,2012年,他们第一次参加国际竞标。马来西亚的业主单位直言不讳地说:“你们在中国做得好,但在海外市场没有经验,我对你们非常担心。”经过10多次深入沟通和现场考察,马方同意签下两台盾构机。李建斌带领团队针对性设计提升设备性能,最终这两台设备以最高日掘进21米、将计划工期缩短43天的成绩,创造了马来西亚盾构施工新纪录。接下来,他们又凭借先进的技术、过硬的质量,获得了新加坡客户的认可和信赖,形成了品牌效应,截至目前已向新加坡出口19台盾构机。

不仅在亚洲、非洲市场上,就是在盾构机的“原产地”欧洲,中铁装备的品牌效应也已初见显现。

2019年6月22日,“中国中铁699号”大直径土压平衡盾构机顺利下线,将用于意大利北部米兰至维罗纳高铁线CEPAV项目建设。这是我国高端隧道掘进装备首次运用于欧盟核心区域,进一步彰显了中铁工业在海内外的综合实力和影响力。

李建斌自豪地说:“全国每年约有600台盾构机在地下工作。最初100%依靠进口,现在国外的盾构机在国内占比不到10%,而中铁工业的产品市场占有率达到近40%。中铁工业的产品已经出口到法国、意大利、丹麦、新加坡、以色列等19个国家和地区,产、销量连续2年位居世界第一。”

大胆探索隧道施工“工业化”

2013年12月,世界上最大断面的矩形掘进机在中铁装备成功下线。2015年10月,出口新加坡的矩形盾构机开创了我国矩形盾构机出口海外的先河,成为国产高端装备“走出去”的一个缩影。

如今,作为中国盾构产业化的领军人物,李建斌已经瞄准更高目标。他认为,盾构机不仅是地铁建设的利器,还应该在更多领域发挥作用,让盾构机有更大的用武之地。

“我们不仅是设备制造商,更应是服务型制造商。要实现隧道建设供给侧改革,我们有自己的理念和做法。”李建斌从宏观和微观两个角度向记者展示了他的成果和对未来的设想。

他说,盾构机在陆地应用,或穿山、越洋,大的概念是一样的。人们知道在城市地铁建设中用盾构法的多,铁路隧道建设中用得少。不是因为断面大小的问题,而是工程造价问题。隧道用传统的钻爆法,人多,工序多,交叉作业,立体施工,施工风险很大。用了盾构法,可实现“机械化换人、智能化减人”。盾在前,构在后,安全性大大提高。

“为减小施工面积,降低成本,我们通过对刀盘、刀具的改进,把传统的圆形断面变成可以切出任意形状,使得施工面积缩小,成本降低。”李建斌介绍说。2013年12月,世界上最大断面的矩形掘进机在中铁装备成功下线。2015年10月,出口新加坡的矩形盾构机开创了我国矩形盾构机出口海外的先河,成为国产高端装备“走出去”的一个缩影。

如今,中铁工业异形掘进机大家庭已有矩形、马蹄形、U形等多个品种。2016年7月,全球首台马蹄形掘进机在中国面世。这台设备为蒙华铁路白城隧道量身定做,刀盘呈倒“U”形,远观形似马蹄。马蹄形掘进工法在铁路山岭软土隧道领域首次运用,它能够最大限度提高隧道空间利用率,较圆形截面减小10%~15%的开挖面积。2017年6月,U形掘进机在海口地下综合管廊建设项目中应用。与传统工法相比,这种新工法机械化程度、安全性能更高,成本低,速度快,施工范围小,不用放坡,出渣少,噪音、振动小,对周边环境的影响也更小。“以100米综合管廊的建设为例,传统工法需要30个工人施工1个月左右,而使用U形盾构综合管廊施工法仅需七八个工人,十几天就能完成,且可以节约20%~40%的成本。”李建斌说,异形掘进机的异军突起,已成为中铁工业一张闪亮的创新名片。

“盾构法要在更大的领域应用,必须实现机械化、信息化、自动化、智能化,就是施工的现代化,最终的目标是隧道施工的‘工业化’。这是我第一次提出这个概念。”李建斌说。

施工的工业化,是指机械化、工厂化、装配式、流水线作业的施工形式。这不仅是一个概念,更是一次技术革命,可以把安全、效率、效益等问题一揽子解决。这是未来的发展方向,也是李建斌努力的目标。

他大胆预测,今后盾构技法将在更大的范围内运用,比如可以用来掘进煤矿巷道,矿渣不出井,就地用于支护,甚至可以用于3D打印……

“这些,我们都在潜心研究,值得期待。”李建斌说。

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