高原铁路技术创新中心成立以来,深入践行习近平总书记关于“创新是引领发展的第一动力”的重大论断,认真落实集团公司大创新体系建设任务,统筹做好高原铁路技术创新工作,扎根川藏铁路建设一线,以“发现问题、找到途径、组织研究、汇聚成果”为工作主线,统筹内外部资源,开展了自主、联合、协同创新攻关。攻克了诸多技术难题,形成了多项首创性成果,开创了工程有示范、理论有创新、智能有突破、双碳有落实的科技创新局面,为高原铁路创新工程建设起到了引领和示范作用,彰显了集团公司专业品牌优势。我们的主要做法是:
一、面向世纪战略工程,前瞻布局,筑牢行业领军企业创新根基
(一)开拓创新思维,提升与时俱进的创新认知,在行业升级和国家重大需求中勇当先锋。高原铁路作为国家战略工程意义重大,建设难度世所罕见。作为全线首家由施工单位组建的“高原铁路技术创新中心”,进场伊始,技术创新中心认真组织学习习近平总书记对高原铁路建设的重要指示批示精神、国家“十四五”规划重要文件精神,教育引导全员充分认识到依托高原铁路开展科技创新,是落实习近平总书记“科学规划、技术支撑、保护生态、安全可靠”总体思路、高标准高质量推进工程建设的必然要求;是践行科技创新驱动发展战略,贯彻国家“十四五”规划关于企业作为创新主体地位的责任担当;是突破行业前沿技术、掌握产业高新技术、开发工程实用技术,落实集团公司大创新赋能企业高质量发展和扩大“中国中铁隧道”品牌影响力的使命任务。
(二)夯实创新基础,组建精干高效的创新队伍,在工程一线实践中把论文写在雪域高原。针对团队组建时间紧、工作任务重的问题,采用内部调动、驻勤的方式,分别从国家重点实验室、勘察设计研究院等高端创新平台遴选科研骨干常驻现场,建立起专业覆盖全、学历层次高、年龄结构合理的精干队伍,团队骨干人员共计10人,专业涉及土木工程、机械工程、固体地球物理学、矿业工程等,博士占比50%,为科技创新提供了人力资源保障。紧密结合工程需求,编制各研究所岗位职责,落实科研人员进洞值班制度,参与制定现场技术方案,使科研人员迅速融入施工现场,为科技创新与现场融合创造了制度保障和实践基础。
(三)明确创新目标,制定切合实际的创新内容,形成“前沿-核心-实用”的梯次创新架构。针对隧道工程技术前沿和川藏铁路工程重难点,结合集团公司“三大核心产业”研究需求,提出高原铁路技术创新整体规划。依托国家科学技术部、股份公司、集团公司高原铁路系列科研项目,探索研究深部隧道建造理论、隧道绿色低碳建造技术等前沿课题;发挥集团公司在TBM隧道建造的装备应用、信息化管理优势,重点突破TBM隧道智能建造领域核心技术;依托现场,围绕TBM在高能频变地层安全高效掘进、长大隧道环境保障等难题开展系列实用技术攻关。在此基础上借力聚智,联合集团公司内外10余家参研单位、6位院士团队共同推进,是一次真正意义上行业领军企业为主导的创新模式实践。
二、面向行业革新发展,务实笃行,推动前瞻性研究及技术突破
(一)首创隧道施工场态控制理论,支撑深埋高能隧道安全高效建造。围绕超长深埋隧道开挖过程中因物性演化和力学响应带来的变形及稳定性控制难题,依托股份公司重大专项“高原超长深埋极端复杂地质隧道钻爆法修建技术体系与应用”,发挥创新中心科研骨干专业优势,持续深入研究隧道应力场、位移场及介质场的三场演化规律及控制标准。揭示了隧道“解构”及“重构”过程围岩性态变化及场态演化规律,形成了隧道场态控制理论,提出了隧道施工动态测量体系及精细化控制标准,创新了基于主动控制能量场降低岩爆风险的施工方法。
(二)攻克五大智能领域核心技术,引领TBM隧道智能建造技术进步。为进一步巩固集团公司在隧道智能建造领域的优势地位,开辟TBM隧道智能化建造新赛道,技术创新中心联合高原铁路2标、国重、设计院、隧道股份、设备分公司、特种公司和中铁工程装备等单位,构建了智能掘进、智能支护、智能拼装、智能运输和智能保障五大方向为核心的TBM隧道智能建造技术体系,实现了TBM掘进全流程的“有人值守、无人操控”、支护自决策及喷浆自执行、仰拱块拼装过程中实时测量和自动定位、洞内有轨运输的一体化调度指挥、TBM设备的实时监测和隧道施工环境的动态控制,开启了TBM隧道智能建造工程应用的先河。
(三)创新隧道建造节能减排技术,助力打造高原铁路绿色交通走廊。为贯彻国家“双碳”战略,落实高原铁路绿色工程建设要求。依托集团公司课题“隧道建设过程碳排放评价体系研究”,首次在隧道工程建造领域建立了碳排放因子数据库和碳排放评价标准,形成了铁路隧道钻爆法、TBM法建造过程碳排放评价体系,为科学量化评估隧道修建过程中碳排放提供理论依据。首次实践了高原超长隧道巷道式智能通风系统,与传统压入式通风相比,降低能耗35%,每延米减少CO2排放492.45千克,节能减排效果显著。
三、面向重大项目需求,靶向攻坚,形成高原隧道建设工程示范
(一)统筹科技创新组织与管理,协同共进,提升项目创新能力。充分发挥科技创新组织管理优势,建立现场科研例会制度,组织技术骨干参与技术攻关,提升创新能力;组织高原铁路高地应力隧道岩爆防控技术研讨会,高原铁路TBM隧道支护技术研讨会等技术交流,拓展创新思维;联合技术骨干共同规划“四小四新”课题,申报工法、专利,发表论文,形成系列成果。规划34项“四小四新”研究课题,其中14项成果通过建设单位评审,4项获评优秀。申报集团公司工法立项4项,发表科技论文13篇,申报发明专利30项,管理国家重点研发课题3项、股份公司和集团公司课题10余项,经费近2亿元,助力高原铁路2标获西藏公司的创新工程试点示范。
(二)开展实用技术攻关与应用,多点并进,助力项目提质增效。针对高原TBM隧道复杂地质、超长距离等特点,组织研发系列实用技术,助力项目管理提升。TBM卡机风险预测方法为隧道安全穿越3段富水破碎带、7条节理密集带提供了有力保障;仰拱块自动定位系统测量精度±5毫米,每台TBM减少测量人员6人,实现仰拱块精准拼装。TBM有轨运输调度管理系统实现人机实时定位、道岔自动开闭、故障自动避让、运输智能规划以及一体化调度指挥,解决铁路隧道超长有轨运输信息不通畅、资源保障难的问题,综合运输效率提升20%以上。
(三)推进原创技术策源地建设,开拓进取,树立工程创新典范。针对高原TBM隧道工程难点,积极探索,先行先试,发挥了开路先锋作用。揭示了Ⅱ、Ⅲ级围岩拱部、撑靴处围岩的破坏形式及力学机理,建立了长距离硬岩破碎段成套支护技术,保障了TBM在持续性垮塌与掉块占掘进总长76%的条件下,平均月进尺仍达305米。首次在高原铁路探索应用巷道式智能通风技术,推动了高原超长隧道通风技术的变革。首创高原TBM隧道无轨运输系统,构建了以车辆旋转调头平台、新能源电动胶轮平板车为主的TBM隧道无轨运输技术体系,为探索适合高原环境的TBM隧道物料运输奠定基础。
当前,隧道及地下工程领域科技创新方兴未艾,科技创新必将推动产业创新,高原铁路技术创新中心全体员工将始终牢记习近平总书记“忠诚担当”嘱托,继续发扬“迎难而上、敢为人先”精神,为集团公司高原铁路工程高质量建设及“隧道国家队”品牌打造贡献力量。