地史漫长，人类渺小。
我们穿越江河湖海，我们在城市里飞驰人生。我们上天有神舟，下海有蛟龙，入地有盾构。然而，上天容易，入地其实很难。特别是在地下空间里搞开发，未知的因素太多，各种风险巨大。仅就修建地铁而言，据中央电视台报道，我国某城市在修建地铁过程中从2015年到2018年总共塌方了630多次。目前，我国有30多个城市的地铁在建!没有人完全统计过因为建地铁或地下工程时塌方的次数，但这个数字一定是触目惊心的。而因为塌方带来的经济损失和安全风险，成为我国甚至世界地铁盾构施工一道难以逾越的艰难险阻。
人类在自然面前虽然渺小，但就真的对这个难题无能为力吗?答案当然是否定的。“盾构施工‘衡盾泥’辅助带压进仓关键技术”的横空出世，成功破解了困扰盾构施工这一世界性技术难题。
“衡盾泥”一亮相，便惊喜了业内，也惊艳了世界。这种特殊意义的“泥巴”——解决世界地铁施工难题的创新技术，在国内地铁施工技术创新英雄榜上，可入三甲之列，填补了国际技术空白，达到国际领先水平。国家最高科学技术奖获得者钱七虎院士在考察该技术时，对其给予了高度评价：“‘衡盾泥’技术降低盾构施工带压进仓的施工风险，大大提升我国盾构工程技术水平，对盾构施工技术的发展具有里程碑式的意义”。
该项技术已在十多个城市、数十个工程、百多台次盾构开仓作业中成功应用。日前，“衡盾泥”及相关技术获得广东省科技进步一等奖。
凡事无绝对，“盾构”亦非万能。隐藏在地层深处的重重危机，险象环生，责任面前，“广州地铁人 ”直面和挑战盾构开仓换刀这一世界性难题
当今世界，地铁与人与城市，已经密不可分。建地铁很难，比一般人所知的要复杂得多、困难得多，并且充满了安全风险。为了提升隧道开挖的工效，自1823年英国发明使用盾构机以来，由于其自动化程度高、施工速度快、一次成洞等优点，从20世纪60、70年代开始，被广泛用于地铁隧道建设中。
盾构机在我国的应用虽然起步晚，但脚步却很快。2000年，全世界的盾构机约1000台，广州当时11台，只占1%;到了2018年，全世界的盾构近3000台，我国的盾构超过了1500台，盾构机每年完成的掘进里程1000多公里。盾构机也从引进国外品牌到国内自主生产，盾构种类更是从当初的网格盾构到复合盾构到双模盾构直到超大盾构、异形盾构，我国已成为世界上第一盾构大国。
21世纪是地下空间开发的世纪，盾构工法已成为我国地铁和公路等隧道建设优选的主流工法，盾构施工呈现一派欣欣向荣之势。
盾构机掘进
凡事无绝对，盾构亦非万能。盾构施工也有过不去或过得不顺的坎，这个坎，就是复杂的地质情况。地质的复杂程度，广州尤甚。广州的地层有一个“好听”的名称，叫“世界地质博物馆”。这个博物馆里有暗河、流沙、淤泥、富水砂层、上软下硬地层、全断面岩层、孤石……。你能想得出来的各种地质构造，广州地下基本都存在，广州地铁人命名此地层为“复合地层”。
“地质博物馆”名字好听，但对盾构施工来说，其实就是一个个噩梦。
比如，广州这种复合地层里面的孤石，是整块花岗岩经过上万年风化后的残留物，单孤石就很有自己的特点：强度大到100MPa以上，足以磨坏金刚钻;又分散，其埋藏、分布、大小没有规则，很难通过地质钻探探明具体情况。盾构机本来是在正常掘进中，突然碰到孤石的情况就好比人吃米饭突然咯到石子，一不小心就要咯崩牙齿。盾构机的牙齿就是刀具，没有了牙齿的盾构也就无法开挖隧道，盾构机只能停下来，由技术人员打开盾构机的仓门进行换刀。
盾构遇孤石
盾构遇溶洞
盾构遇地下障碍
而盾构施工最大的风险就是开仓换刀。由于开仓换刀作业空间密闭狭小，一出事故往往伴随人员伤亡，甚至水砂涌入盾构，很有可能机毁人亡;当盾构停在江河湖海或建筑物下，难以从地面进行地层加固，常常需要带压进仓。
据统计，国内开仓换刀事故达10多起，已有20多名人员伤亡，不仅造成了人身和财产的巨大损失，也产生了不良的社会影响。
开仓换刀，成了一道躲不过的坎。确保带压进仓的安全性已经成为世界性工程难题摆在建设者面前，住建部专门委托广州地铁承担这个“十三五”国家攻关课题《城镇安全风险评估与应急保障技术研究》，重要性和急迫性可见一斑。
针对盾构开仓换刀这个世界性难题，如何才能找到对症的那一剂良方?面对时代所赋予的历史责任与重担，在挑战与机遇面前，以广州地铁常务副总经理竺维彬领衔的工程技术人员，由广州轨道交通建设监理有限公司牵头，联合广州地铁建设事业总部、佛山泰迪斯公司等组成科技攻关小组，本着“天将降大任于斯人也”的豪情和魄力，毅然决然地担负起攻克这一世界性难题的重任。
科学有险阻,苦战能过关。锲而不舍的“广州地铁人”，一步一个脚印，一步一个台阶，“衡盾泥”——千万里终于找到“你”
学以求智，勤以积德。千古大儒王阳明当年有“格竹致知”，就是探究事物原理从而获得真知，在如何成功找到破解盾构带压进仓换刀这个世界性难题的良方上，“广州地铁人”亦是“格泥致知”。
事实上，在此之前，广州地铁通过和地下泥层的“亲密接触”，其实已经成功通过了诸如盾构过江、过溶洞等无数多的考验，他们从理论和实践两方面不断解决层出不穷的问题。对于开仓换刀，他们也有应对之策，但仍存在不少问题：用膨润土泥浆、WSS、冷冻法等开仓时，可靠性低、安全性差，预加固时间长，加固占地大、成本高等;当隧道处于江底或海底时需搭建平台;用填仓法，填充材料为水泥砂浆，有固结刀盘的风险……
带压进仓换刀的危险源在哪里?在于开挖面不够稳固。开挖面不够稳固的原因是什么?在于泥膜护壁材料的性能和黏度达不到要求。在发现问题的症结之后，广州地铁技术团队精英把重点放在泥膜护壁材料及施工工艺的研究上。作为国内地质专家和盾构技术复合型专家的常务副总经理竺维彬更是再三强调：“一定要研制一种既能隔水又有延展性还有一定强度的材料。要使这种材料(泥巴)搞出来后既有承载力又很黏，在压力作用下填塞开挖面地层的孔隙和裂隙，既止水又闭气，同时通过刀盘搅动使它有裹携性，把损坏的刀具和石头能够裹携着从螺旋输送机带出来。”
思路明，则目标准。为了找到合适的材料，他们日复一日，年复一年，历经十数年，走遍了众多地质复杂工地，调查了国内外多种材料，对地质、土木、机械、材料等进行多专业、跨学科融合，以工程现场为主实验平台，结合室内实验，并进行数值模拟，终于研制出了符合要求的材料，为了确定合适的配方，研发团队找到中科院研究注浆材料的老专家，经过上百次配比实验以及无数次的现场尝试，重点在材料拌制、分级加压、气浆置换等方面想办法、动脑筋，终于，新材料的配比和工艺研制出来了。
这种新材料黏度高，形成的泥膜结构致密，具有隔水性，在富水地层不易被稀释带走，成膜稳定;具有触变性，长时间固结后通过搅拌又能恢复流动性，满足泵送条件;具有一定的强度，可裹挟带出渣块，防止滞排。比之超浓膨润土，渗入深度由2～3厘米提升到超过10厘米，泥膜护壁效果由过去的最多3天延长到最高记录38天。竺维彬将这种新材料命名为“衡盾泥”， 一种黏度高、隔水性好、并有触变性的无机环保泥浆新材料——“衡盾泥”就这样诞生了。
“衡盾泥”原理演示
从驰援福州地铁初试牛刀，一鸣惊人，到兰州地铁临危受命，再建奇功……在与世界难题的无数次较量中，“中国创造”的“衡盾泥”攻无不克，所向披靡!
春天虽然迟到，但是依然美好。“衡盾泥”虽然姗姗来迟，但是随着它的研发成功，如同及时雨，在地铁盾构施工中便爆发出“超能量”。
2015年9月，“衡盾泥”还来不及在广州地铁施工中应用，便接到了福州地铁的求援。福州地铁1号线穿越闽江区间盾构卡壳了，在闽江下趴了近2个月，盾构机的卡壳位置正好地处闽江江底，盾构土仓与闽江水已贯通，江水漫灌隧道的灾难性事故随时可能发生!而盾构机的故障，判定为江底段的碎块状岩石卡住刀盘，刀具损毁严重，必须开仓换刀。但盾构机上方是源源不断的高压力江水，之前采用各种传统加固法都尝试过了，没有一点效果。福州方面最后把希望寄托到了广州地铁这里。
对广州地铁的工匠们而言，谁也没有想到“衡盾泥”的第一次应用就是应对这种极端的工程状况。但他们是有信心的，信心来源于他们对“衡盾泥”及相关技术的充分了解，2015年10月8日，功夫不负有心人，经过14天的泥膜施工及保压，满足开仓条件，工人们终于安全进入了土仓，头悬着闽江水安全并成功带压开仓20天，顺利清理碎块状岩石并更换完成损毁刀具，盾构机顺利恢复掘进。
“衡盾泥”护壁盾构施工在福州地铁初试牛刀便一鸣惊人：时间短，仅用了1个多月;费用小，花费仅数十万;更重要的是，保压时间长可安全开仓。这次挑战开启了盾构施工“衡盾泥”辅助带压进仓的先河，打开了“衡盾泥”盾构施工的成功之门。
好事传千里，一点不假。2016年1月，兰州地铁向广州地铁求助：穿越黄河的盾构机刀盘在全断面卵石地层出现多次卡刀盘，且出现超挖，刀具崩裂、掉落，被迫停机。施工单位采用传统泥浆施工方法虽然也有泥膜成型，可掌子面渗水不断，工人担心泥膜击穿导致黄河水淹没隧道，迟迟不敢进仓。
“衡盾泥”技术团队有了福州地铁的成功经验，信心更足、决心更大，他们马不停蹄地飞往兰州，根据盾构机本身情况及停机位置的地质状况，制定了针对性的“衡盾泥”泥膜护壁方案。
2月的兰州，春寒料峭，滴水成冰，况且也是万家团圆的春节时间，但“衡盾泥”技术团队人员却义无反顾、舍小家顾工程，在现场指导“衡盾泥”护膜工艺施工的各项工作。当材料用量太大，地面使用的立式搅拌桶容积太小，多次拌制都无法满足要求时，科研人员经过研究后，果断改为在隧道内用剪切泵搅拌，通过不断调整剪切泵的搅拌转数及时间，确保了衡盾泥搅拌质量满足要求。终于在3月2日成功护壁进行开仓作业，一共保压38天，未重新施做泥膜，4月10日，全盘刀具更换完成及刀盘修复，“衡盾泥”护壁稳定，随后盾构机恢复掘进。
兰州的工程实践，不仅开创了新的搅拌工法，还开创了“衡盾泥”泥膜使用的最长时间记录，进一步检验了衡盾泥工法的可靠性。
2016年9月初，厦门地铁2号线跨海段，泥水盾构在海底掘进时突遇孤石，11把刮刀掉落仓底，需要开仓换刀，而盾构机停机位置上方又发生塌陷，地质环境十分险恶，开仓换刀的风险非常大。经过专家审核，决定采用“海底加固+衡盾泥泥膜护壁带压开仓”施工方案，不断将衡盾泥挤压、劈裂至泄气地层，保证了分级加压施工法获得成功，保压效果终于满足要求，更换了最为关键的10把边缘刀具，顺利恢复掘进。该方案总共花费30万元。
厦门地铁开仓换刀难题，在海上筑围堰也曾是预选方案之一。海上围堰比内河围堰更复杂，成本也甚巨，预估要花费上千万元。30万元解决可能花费上千万元的施工难题，且省时省心，又安全可靠，成功避免不可预测的灾难性后果，再次证明了“衡盾泥”辅助带压开仓技术的安全性和可靠性。
而在“衡盾泥”的出生地广州地铁，它更是大大的功臣一个。2016年6月，广州地铁8号线北延段石井~亭岗区间由于溶洞发育强烈，盾构区间穿越富水砂层、上软下硬地层及全断面岩层(岩石强度最高达106MPa)，开仓换刀要求高。在盾构即将进入周边房屋密集且地下管线众多的上软下硬地层时，必须更换全新的合适的刀具，而此时，盾构机正地处全断面富水砂层中，埋深仅8米。
以往从未有过这种状态下的带压换刀历史，就因富水砂层极容易发生漏砂、管涌等灾难性事故。“衡盾泥”技术团队经过研判，决定在砂层中首次尝试采用“衡盾泥”技术。于这一年的8月3日成功制作“衡盾泥”泥膜，实现了“衡盾泥”带压开仓换刀在全断面富水砂层浅埋盾构中成功应用。
随后，广州地铁14号支线、13号线等，也全面采用衡盾泥技术，并根据不同的地质特点，形成日趋成熟的施工工法……衡盾泥泥膜护壁带压开仓工法在和地层深处这些世界难题一次次的较量中，所向披靡!
衡盾泥泥膜护壁带压开仓工法目前已在100多个项目上成功应用并且获得100%成功，不能一一列举，【衡盾泥开仓】比【地层加固开仓】一次节省约135万，一共应用了100多台次盾构，至少节约成本约1.35亿元。该方法适用各种类型的盾构(土压盾构、单仓式和双仓式泥水盾构)，施作的泥膜质量好、保压时间长，已成功应用到各种地层和工况，突破了高水压水底盾构隧道工程安全进仓换刀等诸多技术难题。
是金子，它总会发光。尽管“衡盾泥”是泥，但它依然散发出了像金子般耀眼的光芒。以钱七虎院士、陈勇院士、国际隧协副主席严金秀为首的七名专家对该项目成果进行了鉴定，结论为：“攻克了上软下硬、全断面富水砂层、卵石层、断层破碎带、孤石地层中盾构施工带压开仓的“世界性难题”，该成果经济效益显著、社会效益巨大，应用前景广阔。该技术为国内外首创，达到国际领先水平。”
2018年年底，‘衡盾泥’辅助带压进仓关键技术作为一个“冷门”项目，在广东省科技进步奖的评审中从最初网上评比的第三名，最后一路逆袭以小组第一名初评通过，再到最后成功摘得2018年度广东省科技进步一等奖，“衡盾泥”，实至名归!
修得正果，造福人间。“衡盾泥”的成功，它不只是“中国制造”，更是“中国创造”，是大国工匠们在世界地铁建设领域又一杰作，从此，让地铁盾构施工的光辉“隧”月，到达了另一种高度。(祝萍)
