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杨磊:“豆腐里打洞”开启隧道时代

发布时间:2018-10-09

杨磊,1961年5月生。曾任上海隧道工程股份有限公司副总经理、总经理、董事长,现任隧道股份[上海城建(集团)公司]副总裁。

2018年,中国迎来改革开放40周年。改革开放成就了今天的上海,1990年代上海经济社会发展从负担沉重的全国“后卫”,一跃变“前锋”,实现大变样。浦东开发的高楼大厦背后,陆家嘴、张江、金桥、外高桥开发的规划政策背后,开发开放的高速进展背后,有着怎样的大胆尝试、奋力进取的故事。澎湃新闻·请讲栏目推出“上海改革开放40年”口述系列,中共上海市委党史研究室采访了部分上海改革开放的政策制定者、执行者们讲述上海改革开放那段激情澎湃的历史。该文将收录于即将出版的“上海改革开放40年口述”系列丛书中。

口述人简介

杨磊,1961年5月生。曾任上海隧道工程股份有限公司副总经理、总经理、董事长,现任隧道股份[上海城建(集团)公司]副总裁。杨磊参与了中环上中路隧道、军工路隧道、上海长江隧桥、中国首条采用国产大直径盾构施工的隧道——打浦路隧道复线、国内首条超大φ14.22米土压平衡盾构隧道——外滩通道、国内在建最大直径隧道——武汉三阳路隧道等众多全国、世界级超大直径隧道建设,以及上海地铁1号线、2号线、3号线、4号线、5号线……18号线等申城建成或建设中的所有地铁隧道的建设。

“豆腐里打洞”,开创中国盾构法隧道时代

上海是饱和含水软土地层,修建隧道好比在“豆腐里打洞”。上个世纪60年代,整个中国的基础工业都较为薄弱,盾构掘进对于中国来说是一项难度极高的技术。而上海复杂的软土地质条件,更让苏联专家断言:在这样的地质条件下建造地铁,难度无异于在宇宙中找到支点撬动地球。

当时还是上海隧道公司的那批地下工程老前辈和老专家,却从来没有停止过追求,坚持要在中国的土地上建中国人自己的隧道。中国隧道之父、原上海隧道公司副总经理刘建航院士曾说,“比起外国专家,我们更了解自己脚下这片土地的真实情况和特点”。正是这样的信念和执着引领着一代代隧道人开始了中国隧道追逐、赶超、超越国际水平的40年历程,而“上海”就是隧道人实现这一梦想的“第一站”。

1960年,上海市隧道局,也就是隧道股份上海隧道公司的前身,在浦东塘桥建立了试验基地,迈出了上海地铁施工技术和盾构研制、钢筋混凝土管片试验研究的历史性一步。试验证明,在上海的软土地基,用单层预制装配式钢筋混凝土管片建造地铁区间隧道,技术上是可行的。后来隧道公司又在衡山路上进行了600米长的地铁隧道扩大试验,然后就是1970年隧道股份建成的新中国首条越江隧道——上海打浦路隧道,这不仅是中国首次用盾构法施工的隧道,开创了中国软土隧道技术的新局面,同时工程中发现的渗漏、沉陷及兑付粉沙等方面的不足和问题,也成为此后上海隧道建设的主攻方向,予以不断完善。

1974年,在上海地铁漕溪路试验段建造中将该问题作为主要研究课题。前后数年积累的试验成果,又为延安东路隧道建设提供了以高精度钢模、弹性橡胶密封垫为主要特征的管片生产和防水工艺,在技术上跨上一个新台阶,同时还催生了地下连续墙建造的关键技术。1988年,延安东路隧道顺利建成,标志着上海盾构法隧道施工技术已达到同时期国际水平,为上海地铁1号线的建设提供了可靠的地下工程施工技术保障。自此,上海的隧道技术、试验研究结合施工实践,循序渐进,不断发展和提高。

上海能够建造地铁,原上海隧道公司副总经理刘建航院士贡献卓著。他很早就提出一系列理论,比如说,上海的软土层,需要分区、分块、分层、对称、平衡、限时挖土,简称“21条”。这种施工方法,国外从未提出过。建造地铁1号线时,刘院士进一步总结了1号线的工程经验,最终归纳出“时空效应理论”。

“时空效应理论”简单点说,就是开挖的时候,时间和空间需要一起计算好。比如限定先挖某一块面积,限定先往下挖几米,按照种种参数计算,必须8个小时内挖好,及时做支撑。一旦超过这个时间,再挖就会造成较大的沉降和变形。时间和空间两个因素,同时影响着挖土的质量。这是上海能够在软土层建造地铁的法宝之一,也是国际工程史的首创。

建1号线时,刘院士比较谨慎,这套办法只是粗浅的想法,在1号线建站时略有应证。但在建造2号线时,“时空效应理论”得到了充分利用和继承提升。可以说,2号线的顺利建造,真正为上海后来铺就数十条线路、数百公里长的地铁开创了条件。而从1号线、2号线开始,到现在的16号线、18号线,上海每一条轨道交通线路的规划、设计、建设都有隧道股份人的身影。

只进不退,铸造城市交通“动脉”

1980年,隧道股份承担了上海地铁1号线扩大试验工程,完成了地铁盾构掘进和隧道衬砌结构选型,开发应用了高精度钢筋混凝土管片技术、地下连续墙施工技术和深基坑支护技术,这几项技术工艺被广泛用于上海地铁1号线和2号线工程。

用盾构法进行隧道施工,盾构机是关键。刚开始我们使用的是网格盾构,在地下掘进的时候,土是被挤进盾构机的,随之进来的还有水和沙等。当时盾构机挖掘的土,要靠人工挖出来,并用矿车运出去,一个人一天要挖十几吨土,非常艰苦,同时操作人员还必须要“吃气压”,人、材料进出都要增减压。随着地层深度加深,压力会越来越大,因此盾构机需要具备足够的承压力。

1980年代的时候,国内还不能生产比较好的盾构机。当时的盾构机虽然也叫土压盾构机,但质量还是比较差。我刚进单位的时候,正值建造延安路隧道一期,那台盾构机是全国产的网格盾构,但已经不用人工运土,而是用水枪将土冲成泥浆,然后用泵打出去。由于盾构机内有钢隔板将人和土隔开,操作人员也不用直接面对土,通过碗口大的耐压玻璃观察孔,操作水枪冲土,避免了“吃气压”的麻烦。

1988年,地铁1号线工程正式启动。那个时候刚改革开放,我们向法国贷款,但有一个条件就是贷款可以,但必须买他们的设备,当时国内还没有自主研发制造盾构装备的能力,于是地铁公司就买了6台全进口的法国FCB土压盾构。新的FCB盾构确实使我们在“豆腐里面打洞”变容易了,但如果土压力设定不准确,地面沉降就难以控制。我们经过一系列的摸索和研究,才掌握了土压盾构的操作技术,最终保证1号线一期顺利通车。而这也从一个方面,触动我们开始自己动手研发制造中国人自己的盾构,并在此后的10多年中,在国家“863计划”的支持下,由隧道股份自主研发制造了中国首台国产土压地铁盾构,从而开启了中国人用自己的重大装备,建自己的地下隧道的新里程。

隧道股份热烈庆祝上海地铁1号线区间隧道贯通

我做技术员的时候,有时为了一个难题,甚至晚上做梦也在想白天工程上的事情。在1号线上体馆站施工中,当时主体车站做完了,要把路两边的所有管线搬回来,进度很紧,还要做出入口,加之旁边有一根22万伏的电力隧道与车站并排,怎么办,怎么处理,一直都在想。后来在做钻孔桩维护的时候,突然想到把原来的钢筋笼改成型钢,骨架管线全部悬吊起来,一边掏挖,一边用钢板等材料把管线下的缺口封住,最终解决了围护安全问题,在圆满完成建设任务的同时,又确保了管线的运营安全,被当时隧道股份的董事长称为“杨氏”插取法。

在8、9号线陆家浜路站建设时,由于边上高层都造好了,地下连续墙和两边的房屋基础几乎是并排的,还要另外打开施工设备通道,因此我们大胆创新,采用了“挑阁楼”的办法,即半盖挖式施工工艺,最终攻克工程难点,在不占用社会道路的条件下完成车站施工。这项技术现已大规模用在地铁施工中。

城市交通越来越复杂,随意封道、改道会给百姓出行造成不便,政府也希望我们能通过技术改进实现非开挖施工,尽量把对地面的影响降到最低。比如14号线静安寺车站,是世界第一例采用非开挖矩形顶管法建造地铁车站,我们做了三个大的顶管,成品字形推进,最大程度减小了地下建设对地面交通的影响。

截至目前,隧道股份参与掘进的轨道交通里程数超过1000公里。其中,在整个上海的600多公里地铁当中,有一半是隧道股份建的,我们参与了上海地铁每一条线的施工或设计,可以说,上海的每一条地铁线,每一座地铁车站,都饱含了隧道人的心血。令我们更加自豪的是,我们开启了全国及海外21座城市的轨交时代。这些国家或城市的地铁1号线,都是由隧道股份建造的,比如印度的地铁1号线,还有德里、孟买等城市的地铁1号线都是隧道股份的作品。

高超技术服务,守护城市地下安全

隧道建成后,随着地下结构的不断使用及自然环境的变化,隧道内部管片裂缝、变形、渗漏水等病害逐渐显现出来,危及运营安全。由于地铁隧道形变的变化速度非常缓慢,难以预测,变形达到一定数量后就会导致安全事故。地下基础设施就如同人的身体一样,建成后随着年龄的增长会逐渐“衰老”,长期的工作压力会导致一些“小毛小病”,如若忽略这些小病,日积月累就会对整个身体的健康产生危害。

隧道股份地铁维保及应急抢险团队

每天地铁结束运营以后,一般在深夜12点到早上5点,上海地下就会有一支近200人的隧道地铁维保应急救援团队,默默担负起这座城市上百座车站和上百公里隧道区间、联络通道的检修、维护的重任。这支专业团队不仅属于隧道股份,更属于上海,在幕后尽心守护着这座城市四通八达的地下交通动脉。比如我们的十九大代表、隧道股份地铁维保及应急抢险技术负责人何小玲,十多年来和我们的地铁维保团队一起,每天24小时,用脚步丈量地铁隧道,成为了给地铁隧道看病的“急诊科医生”。在国内8座城市、887公里隧道、554座车站上,我们的团队守护着一个个地铁车站、一条条地铁隧道的安全,创下了维护隧道里程数最长、维护车站数最多的世界纪录。

除此之外,我们还首创了“微扰动”注浆技术工法,解决了软土地基地铁隧道沉降的世界性难题。在此基础上,我们进一步推出了“全产业链工艺新模式”,就是隧道堵漏、破损维护、变形整治以及钢环安装一体化施工。我们的“实时施工传输记录仪”,能够及时掌握施工阶段隧道变形情况;“多点集中云监控仪”则是全面利用大数据确保施工质量;同时还研制了“人工智能自动巡检仪”,提高了检测隧道各类病害的功效。

不仅在轨道交通领域,隧道股份目前还承担着上海95%以上大桥、高架、隧道、快速路等市管交通基础设施的运营管理以及众多城市燃气管线、水务管线的应急抢险重任;也不仅在上海,隧道股份的养护修复和运营管理技术正输出到杭州、淮安、南昌等全国更多的城市还有海外。

安全,始终是地下工程建设的重中之重。这么多年工作下来,我印象最深刻的经历就是应急抢险。比如2003年,地铁4号线董家渡隧道发生突发情况,我们抢险了七天七夜,最终控制了险情,后续反复讨论并确定了修复方案,确保了4号线成环,并在此次施工中,攻克了许多世界级工程难题,创造了地下40米原址恢复重建地铁隧道的世界工程史奇迹。

之后还有运营中的2号线陆家嘴到河南路段抢险,当时地铁旁通道排水钢管产生裂缝,使得土体流失,微压改变,最终导致隧道变形,情况危急。我们急中生智,引入管道,边上用快速水泥封堵,先将水流由无序变为有序,再进行化学注浆,控制了险情。

地下深度越深,事故后果越严重。我们始终将安全放在首位,通过组建专业应急抢险团队,加强应急装备的配置,保证应急处置的速度,第一时间控制情况,真正把应急处置放到了极为重要的位置。

数字智能化,实现地下工程管理新突破

在过去的40年里,从设计到施工,隧道股份建设了上千公里的轨道交通隧道,所积累的经验、收集的大数据和案例,是一笔宝贵的财富。我们通过数字化的技术手段,将这笔财富转化为一整套专家管理系统。我们和申通集团合作开发的上海轨道交通盾构智能管控中心,不仅服务于隧道股份自有的盾构,还服务于在上海的央企、民企和其他省外企业所有在上海推进建设的盾构。我们通过对海量数据的集成、分析和专家库整合,为工程每个阶段的顺利、安全推进提供自动风险报警、智能化分析、决策管理和专业技术指导。服务过程中采用什么样的技术标准、安全如何保障,都需要进行强有力的控制。而这种控制只有隧道股份才有能力完成,因为其他企业不可能拥有那样完整的数据和专家团队。目前,这套系统的运用覆盖了上海轨道交通盾构掘进过程。我们认为,所有的数据和管理的经验,不仅仅属于隧道股份,也属于这座城市、这个国家。

隧道股份与申通地铁集团合作开发的

上海轨道交通盾构智能管控中心

我们对于地下工程建设的管理,从一开始的粗放式,到逐步实现智能化,是一个不断摸索、创新的过程。1965年的时候,一个盾构一条线,造了近十年。到上海世博前夕,变成了一年十根线这样的状态。这样超大的规模所带来的管理挑战和之前相比,已经完全不一样了。原来都是单兵作战,盾构机在推,项目经理、技术人员责任非常大,要在现场解决问题。今年年底到明年年初,上海地下要达到大约100台盾构的量,光靠人工控制是不行的。另外我们目前施工的区域都很敏感,像14号线要穿越静安寺、大世界、外滩等中心城区,难度非常大。致命性风险点、领导关注风险点,排摸下来要100多个。面对这样的环境,我们借用信息化手段进行智能管控,如果出现问题,管控系统会发出推送,管理人员通过手机就可以看到相关风险提示和问题的解决建议,这是上海地铁、上海隧道建设与管理模式的一次重大改变与进步。

不同于地面工程,地下工程到达一定深度后,很多地方的监控涉及不到,所以我们的安全监控不再依靠人工。现在工人的工程帽中都植有芯片,与管控系统相连,一旦工人进入了危险区域,马上会有自动提醒;如果工人没有反应,提醒会自动层层上报。

目前,数据收集只是数字化的第一步,将来我们还要在智能化上再做提升。智能化必须要有专家团队,专门进行数据分析,一旦发现异常情况,及时进行指导、纠正,提出解决方案。而我们和申通组成了100多位顶级专家团队,将为实现智能管控不断努力。有了上千公里的建设数据和案例支撑,我们解决在建设过程中遇到的问题,不必再像过去那样只能依赖个人经验或是一趟趟跑现场。智能管控方式的转变也反映了我们这个行业的进步。

走向世界,让“中国建造”闪耀全球

隧道股份是中国最早研发、制造盾构装备的企业。在国家“863计划”支持下,我们先后研制了具有完全自主知识产权的中国首台国产盾构——直径6.34米的“先行号”土压平衡盾构,以及11.22米大直径泥水平衡盾构“进越号”,合作研制了15.73米、15.43米国内最大直径盾构和中国首台。在此基础上,我们还成功研制了具有自主知识产权的国内首台顶管、国内最大断面矩形顶管、国内首台类矩形盾构、国内首台地面出入式无工作井盾构,填补了中国地下装备领域核心技术的空白。目前,我们已累计研发制造盾构200余台。2010年,我们还首度将国产盾构出口新加坡,实现了中国盾构装备出口“零的突破”,带动了中国地下施工“重大装备”业务的前行发展,并在此后的几年中,向新加坡、印度等出口盾构20余台。

隧道股份自主研发的中国首台国产盾构——“先行号”

隧道股份建设了国内首条越江隧道——上海打浦路隧道、国内首条双层公路隧道——上海上中路隧道、世界首条15米级盾构法隧道——上海长江隧道、世界首例复杂环境下大直径土压平衡盾构法隧道——上海外滩通道,实现了中国盾构法隧道建设技术从无到有、从有到全、从全到精、从精到国际先进的四次飞跃。我们11米以上的盾构里程数已经达到了700公里,在全国也是比较领先的。

上世纪90年代,隧道股份敏锐捕捉改革开放的第一缕春风,成为中国建筑板块第一家上市公司。1996年,隧道股份是上海第一家走向海外的建筑企业,并且是唯一一家不依靠国家援建项目,凭借自身实力“走出去”的企业。1998年,隧道股份取得了对外工程承包商资格,曾经第一个上市“吃螃蟹”的隧道股份,第一站就选择了全亚洲市场竞争最激烈,也是全球公认最严苛、公正、透明,法制完善的市场——新加坡成立分公司,并于1998年3月成功中标新加坡基建第一单——地铁东北线。凭借着敢闯、敢试、敢干的精神气,迈出了走出国门的第一步。

20年前,我们从欧美、日韩等国际一流承包商的专业分包起步;如今我们已经成为全球EPC市场知名的总承包商,当年的那些总承包商现在变成了我们的分包,按照隧道股份的标准、按照中国的标准,来和我们共同参与国际市场搏击,为全球市场提供更好的中国制造、中国智造、中国服务。刚刚走出去的时候,国际市场对中资背景企业的认知仅仅停留在劳务输出型、无技术含量的层面,但现在,我们作为“中国建造”的一张名片,先后三次荣获了新加坡承包商最高荣誉——“承包商挑战盾”奖,成为迄今为止唯一一家连续三次获得该荣誉的企业。安全、高效、智慧的项目管理和细小入微的管理措施,成就了我们在新50余次国家级荣誉。而为了表彰隧道股份为新加坡基础设施建设发展做出的杰出贡献,新加坡政府还首度将隧道股份——一家企业的标识印制在全国发行的地铁交通卡中。

隧道股份荣获新加坡承包商最高荣誉——国家挑战盾奖

去年,我们把海外中心从上海搬到了新加坡,实现了真正的国际化。我们认为,中国企业的国际化并不是说接了一些海外的订单、拿了一些海外的项目,关键还在于全球视野、管控模式、人员组成等全方位的国际化,这才是“走出去”的正确方向。一开始我们企业去新加坡的员工都来自上海,现在新加坡市场我们有800多名海外自有员工,80%以上是外籍,包括新加坡、美国、澳大利亚、新西兰等。不光是人员,采购方面也是一样,我们已经实现了资源的全球配置,并且这种配置还起到了反哺和互促的作用。通过20年的艰苦打拼,我们在海外建造的市政基础设施服务于当地百姓生活,促进了当地城市发展,打响了中国建造的品牌;而另一方面,在海外我们习得的安全管理的理念、体系等,从安全管理委员会的成立,到安全总监制度的建设;从“安全嘉年华”等寓教于乐的安全教育模式,到最严格执行的现场管理;从聘请最专业的顾问团队,到落实至每一名一线工人的岗位培训,不仅成为隧道股份海外最有力的品牌名片,更反哺了隧道股份在国内的安全管理体系建设,成为我们乃至国内许多合作伙伴、同行今天安全管理的标准和指引,形成了良性的互促。

20年前,我们以新加坡为起点走出了跨越国门的第一步;20年后,我们提出“再出发”,在“一带一路”上的更多国家去实现我们全球化的进程。我们已经在缅甸、马来西亚、俄罗斯、印度等地做了不少的工程。今天隧道股份的业务领域不仅仅是地下空间,还包含了道路桥梁、建筑与房地产、能源、水利水务、重大装备、新材料、数字化业务、建设金融等等。例如,我们正在印度建设他们的国家项目:恒河治理的第一期——印度斋普尔河道整治工程。

党的十九大之后,全国的城市都开始关注两个问题,一是交通建设的效率,怎样在完善城市交通功能的同时,减少对居民既有生活的影响;二是交通运营的效率与安全。像造高架,存在着诸如周边的房屋需要拆迁,高架下的空间也无法再利用;地面交通越多,噪音、粉尘等污染越严重;高架改造也比较麻烦,通行还会受到天气影响等问题,但如果能够转为地下交通,这些问题就迎刃而解了。举个例子,上海北横通道一开始的方案是一半地上一半地下。尽管地上方案的造价是地下方案的造价的差不多4倍。但上海发展到今天,关注的早已不仅是成本或者建成一个超级工程,而是更多的从城市的未来,从城市实际的需求,从环境、今后的通行、市民的体验等综合的因素去考虑。也是基于此,北横通道最终全部改为地下方案。再比如南昌滕王阁,很具历史价值,但这个景区原来的评级始终上不去,原先我们受邀为滕王阁门口修建一座高架,但我们综合考虑了这座城市的需求,为当地重新设计了一套方案,把原先的高架,改为下穿隧道,把原先建高架的空地做成文化广场,结果项目建成后,不仅解决了区块交通的问题,更保护了滕王阁的景观,盘活了周边的旅游及商业房产,景区级别提升至5A级。这是一个趋势,地下空间的发展今后一定会迎来更大的机遇。城市要美丽,交通运营要更安全、高效、智慧、绿色,一定是走地下的。


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