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必威高级工程师王俊:在地下空间探索未知推动隧道施工全面机械化

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  必威要将高速公路延伸到川西高原,隧道穿山不可避免。如何在气候环境恶劣、地质结构复杂的高原地区,保证隧道的工程质量和施工安全?在四川省公路规划勘察设计研究院有限公司(以下简称“四川公路设计院”)隧道与地下工程分院高级工程师王俊看来,全面机械化施工是最优解。

  因此,在2012年读研期间,他就将盾构隧道作为研究方向,开始在地下空间探索未知。工作后,他转战川西山区,推动“穿山利器”TBM(全断面硬岩掘进机)在山岭隧道中的应用,成为川内3座TBM辅助公路隧道施工的幕后技术专家。

  2006年,王俊考入西南交通大学就读土木工程专业。2009年,正在读大四的他被一句线世纪是人类开发利用地下空间的世纪。成都第一条地铁开通运营,更让他逐渐明确了自己的努力方向——研究地下工程或许是一个不错的选择。

  2010年必威,王俊保研到本校,师从何川教授(注:2023年当选中国工程院院士),老师的研究方向包括山岭隧道和盾构隧道。“我当时觉得盾构机可能更先进些,在项目实践中对其产生了浓厚的兴趣。”王俊说,从2012年正式开始研究盾构掘进,博士论文也是依托盾构来写的。

  盾构的吸引力在哪里?未知、不确定,这在王俊看来是最大的乐趣所在。“在地下空间这一米和下一米都是不一样的,做研究肯定要做不知道的啊!”他说。

  参加工作之后,王俊将自己的研究落地,进入四川公路设计院隧道与地下工程分院工作,并且有机会参与全国首座应用TBM施工的高速公路隧道。

  TBM与公众熟知的地铁盾构有什么不同?王俊用一句话区分:前者是硬岩掘进机,后者是软岩掘进机,在一些国家,两者属于一个技术领域。

  虽然工艺相似,但是两者在中国的应用成熟度有很大差距:盾构在地铁施工中已经非常普遍,而TBM直到2020年乐西高速大凉山1号隧道施工时,才在全国首次尝试。王俊正是这次挑战背后的技术专家。

  为什么要在高速隧道施工中使用TBM?王俊认为,这是多种因素综合交织的结果。随着四川公路向川西高原地区延伸,受到恶劣气候的影响,人工工效变得很低,需要机械设备代替人工。此外,相比于人工,机械设备施工也更安全。

  然而,并不是所有公路隧道都适合TBM,比如地下水特别发育、涌水突泥特别严重的地方就不适合。在大凉山1号隧道TBM施工前必威,就有不少人质疑“TBM能穿过去吗”?

  打破质疑的方法是精准勘测和严谨论证,王俊正是大凉山1号隧道TBM选型专题报告的撰写者。当时,他调研了国内外大量成功、失败的案例,做了很多预案,综合各方面考量,决定使用敞开式TBM在平行导洞施工,既能提高施工效率,也方便对不良地质进行处置。这样的选型得到了各方认可,推动TBM在大凉山1号隧道顺利应用。

  如今,四川境内已有3座公路隧道运用TBM施工,分别是乐西高速大凉山1号隧道、夹金山隧道和西香高速盐源隧道。每个项目的TBM都需要个性化研发,需要业主、设计、施工、设备厂商等多方参与,王俊就是设计方的技术专家。

  2023年,这3座隧道TBM施工都迎来了最新进展。9月25日,夹金山隧道平导贯通,比预计工期提前了一年;9月28日,大凉山1号隧道平导提前两个月贯通;11月10日,盐源隧道TBM平导正式进洞。

  以上3座隧道TBM均运用在平行导洞施工中。王俊透露,他们目前正在研究成渝高速扩容项目龙泉山隧道主洞TBM施工方案。如果方案落地,这台“量身打造”的TBM直径将达到16米,为世界之最。

  为什么要推进隧道施工的TBM应用?作为一个交通人,王俊一直有个小小心愿:让隧道建设从“刀耕火种”全靠人工向机械化施工转变。要彻底实现少人化的公路隧道工业化建造,必须推广TBM法的应用。特别是主洞全断面护盾式TBM的应用,将从根本上全面提高隧道施工安全。

  边做项目边研究,这是四川公路设计院工程师的工作常态,王俊也不例外。“虽然过程艰辛,但是看到自己研究成果得以落地,还是感觉很开心的。”他说。