一条隧道弥补三十年技术差距
大瑶山隧道,是我国铁路隧道修建史上具有跨越性标志的工程,也是王梦恕在科技报国路上写下的精彩一笔。
1981年,京广线衡阳至广州段的大瑶山双线电气化铁路隧道开始修建。该隧道长14.3公里,不仅是当时我国最长的双线电气化铁路隧道,在世界铁路隧道长度排名中也能排入前十。
隧道及地下工程施工,关键在开挖和支护两个环节,即如何开挖才能更有利于洞室的稳定和便于支护;支护时如何施工才能更有效地保证洞室稳定、便于开挖。之前,我国隧道建设主要以爆破或小型机械开挖为主,以木料作临时支撑,再以模筑混凝土替代木料。使用这种方法,工程进度慢、质量差,在替换过程中还容易出现塌方,投入运营后也经常出事故。老方法不仅工艺落后,还存在安全隐患,平均每进度100米就死亡1人。
如何解决长期以来困扰隧道建设的瓶颈?时任隧道局科研所总工程师的王梦恕决意打破常规、大胆创新,尽快寻求新方法。他检索到国际上有一种问世不久的施工理念——新奥法。该理念以岩体和支护共同承载为理论基础,但在我国没有应用先例,能否将其引用到大瑶山隧道建设中,必须进行大量的前期研究和工程实验。王梦恕带领科技攻关组进驻粤北山区,夜以继日地开展艰苦卓绝的技术攻关。
在理论分析的基础上,他带领科技人员开展了上百项室内现场实验,终于摸清了围岩结构受力特点与机理,确定了施工要点及工艺,取得了深孔光面爆破、喷锚支护、监控量测、反馈信息指导施工、周边钻孔预注浆等成套自主创新技术成果,并总结出少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭的施工要领。
更为关键的是,王梦恕发明出复合衬砌新型结构施工方法,一改沿用百年的繁体式隧道刚性单层支护。由此,大瑶山隧道在支护技术上采用了能与围岩密贴、及时进行加强围岩承载力的柔性支护结构,隧道施工得以尽快形成封闭的筒形结构。
一系列关键技术的开发、研究和应用,使大瑶山隧道工程实现了大断面、机械化快速安全施工,工期时间从8年减少到6年半,施工水平从落后国外30年一举跻身世界先进行列。新技术应用后,再没有发生过因塌方而造成的死亡事故。大瑶山隧道的建成,让火车时速从50公里增至100公里以上。
大瑶山隧道工程的成功修建,表明我国在长大隧道修建技术方面取得重大突破,在我国铁路建设史上竖起了一座新的里程碑。
而今,大瑶山隧道修建所运用的新原理、新方法、新结构、新技术、新工艺、新材料,已在我国长大铁路、公路隧道、地下铁道、地下停车场全面推广。
把创新变为“穿越”利器
随着我国铁路建设步伐加快,王梦恕的脚步亦奔波不停。1985年,他转战大秦线军都山隧道。大秦线是我国煤炭运输的重载铁路,而军都山隧道全长8.4公里,是当时国内长度第二的铁路隧道。该隧道穿越燕山山脉,地质构造复杂,岩层由火山爆发堆聚体构成,进口段近千米为冲积松散堆积物黄土质砂黏土和细砂土构成。
由于洞顶土层覆盖厚度仅有12
米,而隧道设计跨度为12.74米,覆跨比为1,不易形成天然拱;加之地质条件极差,地面有民房群,不允许有较大的地表下沉,军都山向隧道修建者亮起了红灯。
面对极其复杂的地质条件,王梦恕在新奥法的基础上进行综合研究、试验,创造性地完成了超前小导管稳定工作面支护体系的理论分析和工艺应用,研制出新型网构钢拱架支护等7项配套技术成果,攻克14项技术难关,走出了“浅埋双线铁路隧道不稳定地层新奥法施工”的新路。由此,“浅埋暗挖法”的新工艺诞生。
不久,“浅埋暗挖法”被用于北京地铁复兴门折返线工程,不仅地面诸多古建筑得以保护,而且整个工程比“大揭盖”方案节省资金1亿多元。“经济效益显著,为城市地铁建设开辟了一条新路”,该成果由此荣获北京市科技进步一等奖。而今,这项技术已在全国地下工程领域广泛应用。
随后,王梦恕再度主持一个新技术攻关项目——大跨度地铁车站浅埋暗挖试验。北京复兴门至西单区间大跨度车站试验段工程,车站结构宽22.5米、高7米,土层覆盖仅1米。试验完成后,王梦恕将其施工要领总结成“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18字诀,从而再一次发展了浅埋暗挖的施工技术,为该法应用于地铁车站施工创造了先例。
建国40年优秀科技成果奖展览会上,江泽民同志看到这项成果后高兴地说:“今后修地铁可以不要明挖了,看了这个展览使人振奋、使人自豪。”
数十年来,王梦恕所参与和主持的工程项目中,还有许多个“首次”“第一”。他主持了隧道爆破动、静态应力场叠加作用的现场实验,进行了大量现场量测和室内动态模型实验、分析计算,成果已被推广应用;他主持了单线铁路隧道机械化快速施工配套技术的研究、门架式液压台车研制和洞内干式除尘器的研制项目;他还主持完成了压缩混凝土1∶5的盾构工艺模拟实验、直径7.3米中国第一台开敞网格式压缩混凝土盾构的设计和制造……而今,这些新机械、新技术已成为快捷高效的“穿越”利器。
“国家主义工程师”
从大瑶山隧道到秦岭隧道,从城市地铁到越海隧道,王梦恕的身后留下的是一个个“穿越”。
联合国有关城市发展战略专家曾断言,在土木工程领域,19世纪是桥的世纪,20世纪是高层建筑的世纪,21世纪将是人类利用地下空间、开发地下资源的世纪。王梦恕说,我国的隧道及地下工程技术已接近世界先进水平,我们已经跨入世界隧道大国行列,中国大举开发地下空间的时代已经到来。
“我国已经创造了18个月贯通第一长隧道——18.46公里的秦岭隧道的奇迹。而南水北调穿黄工程预示大型盾构机时代的到来。目前,长江流域多个沿江城市正兴起越江交通开发建设。海底开发方面,中国大陆首条海底隧道厦门东通道翔安海底隧道和青岛至黄岛的海底隧道已建成通车,还要建设大连与烟台的胶州湾海峡隧道、联结海南岛的琼州海峡隧道等越海隧道。”王梦恕说,这表明我国隧道工程开始步入穿越大江、大河和海洋的时代。
采访中,王梦恕多次说提到“国家”一词。记者由此想到有文章称其为“直言不讳的性情院士”“国家主义院士”。问及他对这些说法有何看法,他说,一切从国家利益出发,是他的最高工作准则。为此,他敢于说真话,不怕得罪人,勇于担重任。
“一项工程要给后人留下遗产,而不是遗憾。工程上的一点小失误就可能给国家造成巨大的经济损失,甚至让人民群众付出生命的代价。”王梦恕说,“工程专家,必须有强烈的责任感。”
2011年,高铁甬温线发生特别重大交通事故,王梦恕受命担任事故专家组副组长。有人为避免个人承担责任,试图说服他把事故原因归咎于高铁设备和技术问题,王梦恕据实坦言,事故的主要原因是组织管理不善。
他不仅对自己管辖范围内的事情敢说真话,而且对别的工程也秉公直言。北京“鸟巢”原有一个上方可以滑行的顶盖设计,他在评审会上直接提出,“鸟巢”顶盖建立在柔性轨道上,1.8万吨的钢材,做90米跨的平面滚动,需要多大的承载力?这是人命关天的事!我们不仅要从造型上考虑,更要考虑工程的安全系数。
为此,他强烈建议取消顶盖设计,并连同3名院士向国务院上书,还在全国两会上提出取消“鸟巢”顶盖设计的议案。最终,呈现在世人面前的是没有顶盖的“鸟巢”。
王梦恕不仅对业内问题直言不讳,甚至对教育、医疗、民生等跨行业问题也“多管闲事”。近年来,因为他总是敢于“发言”,所以经常处于舆论的风口浪尖。有人对他表示支持,也有人说他锋芒毕露。“作为一名科学家,敢说真话是一种责任。”王梦恕说自己对闲言碎语不屑一顾。
采访中,王梦恕给记者赠送了《志在穿越》这本书。在书名页的赠言中,王梦恕写道:物我两忘,荣辱不惊。
与其说这是给记者的赠言,不如说是他自己的真实写照。