文章來源：中國鐵道建筑集團有限公司(si) 發布時間：2021-01-21
2019年12月30日，舉世矚目的(de)京(jing)張高(gao)鐵正式開(kai)通運營。G8811次首(shou)列復興號智能(neng)動車組自北京(jing)北站駛(shi)出后，迅速“鉆”入地下——清華(hua)園隧道，避開(kai)地面繁忙路段。6000多米的(de)清華(hua)園隧道傾(qing)注(zhu)了中國鐵建(jian)建(jian)設者們(men)的(de)心血和智慧，也留下一段段創新不(bu)止(zhi)、奮斗不(bu)息的(de)佳話。
突破(po)核心技術，創新保(bao)駕護航(hang)。京(jing)張鐵路和(he)京(jing)張高鐵，一字之差，超越一個世紀的奮斗(dou)，展現了中國(guo)鐵路乃(nai)至中國(guo)國(guo)力(li)的百(bai)年(nian)巨變。這一切靠(kao)的是不斷(duan)(duan)(duan)創新，不斷(duan)(duan)(duan)突破(po)，不斷(duan)(duan)(duan)飛躍。
京張高(gao)鐵每一座(zuo)橋(qiao)梁、每一段(duan)路基、每一座(zuo)隧道(dao)的(de)建(jian)設(she)中，都融入了創新理念，彰(zhang)顯了科技智(zhi)能的(de)魅力。
“風險管控”智能化
清華園隧道是京張高鐵的(de)“龍頭”工程，也是全(quan)線(xian)(xian)控制(zhi)性工程。隧道沿線(xian)(xian)管(guan)道密布(bu)，風險源眾多：穿越(yue)(yue)北京高樓林立的(de)核(he)心區(qu)，并行地鐵13號(hao)線(xian)(xian)，穿越(yue)(yue)地鐵10號(hao)線(xian)(xian)、12號(hao)線(xian)(xian)、15號(hao)線(xian)(xian)；穿越(yue)(yue)6條市政(zheng)主干道、88條市政(zheng)管(guan)線(xian)(xian)；盾構掘進區(qu)間有3600米為(wei)復雜卵石(shi)地層。
“地質復(fu)雜，管線干(gan)擾(rao)大，整個施工就像做一(yi)臺精(jing)密的(de)手術，稍(shao)有不(bu)(bu)慎，后果不(bu)(bu)堪設想！”中國鐵建所(suo)屬中鐵十四局項目技術負責(ze)人高(gao)始軍回(hui)憶說。在(zai)城市(shi)核(he)心區驚險穿越(yue)，在(zai)二環和五(wu)環之間，地質復(fu)雜多變，地面人流如織，地下施工必(bi)須確保安全，不(bu)(bu)能有任何閃失。
京張高鐵無砟軌道鋪設完畢后場景。
而隧(sui)道又是全線站前工程中進場最晚(wan)、干(gan)擾因素最大、風險等級最高、制約因素最多(duo)的關鍵控(kong)制性(xing)工程。“不打破常規，不獨辟蹊徑，如期(qi)完成隧(sui)道建設，幾乎是不可能的。”項(xiang)目負責人陳爽說。
項目進場之(zhi)初，就成立科(ke)技攻關小組(zu)，聯合科(ke)研院校，確定(ding)如何安全(quan)穿(chuan)越“城(cheng)市核心(xin)地區”的(de)課題。然(ran)而，國內盾構施(shi)工(gong)沒有相關經驗(yan)可(ke)借鑒，面對這一(yi)空白領域，建設者經過數月(yue)的(de)研究論證，投(tou)入(ru)力量開(kai)發可(ke)視化智慧施(shi)工(gong)系統，使施(shi)工(gong)和管理(li)更“智慧”，隧(sui)道在極端復雜的(de)地下環境中(zhong)自由“穿(chuan)越”。
“這(zhe)一系統包括施工參(can)數、過程監測(ce)、地(di)質預測(ce)等，實現(xian)全過程可視化動態管理。”高(gao)始軍介紹。每一臺盾(dun)(dun)(dun)構(gou)(gou)機都搭載(zai)了幾千(qian)個傳(chuan)感(gan)器，都具有感(gan)知、修正和(he)自(zi)動調節功能(neng)，設備狀況、地(di)下(xia)工作情況等數據(ju)，都直接上傳(chuan)到中鐵十四局的(de)全國大盾(dun)(dun)(dun)構(gou)(gou)數據(ju)指(zhi)揮(hui)中心，盾(dun)(dun)(dun)構(gou)(gou)專家(jia)24小時(shi)提供遠(yuan)程監控和(he)技術服務。
他(ta)們研發的智(zhi)能檢測(ce)系統可以隨時對海量數據進行處理分析，使風險(xian)始終(zhong)處于可控狀態，實現了(le)全過程智(zhi)能管控。整(zheng)個標段100余處風險(xian)源無一預(yu)警(jing)，精準穿越營(ying)運地(di)鐵線路(lu)，沉降(jiang)(jiang)值不到0.8毫米(mi)，幾乎達(da)到零沉降(jiang)(jiang)，在國內盾構施工領(ling)域首次(ci)實現了(le)可視化(hua)風險(xian)管理，為今(jin)后城市核心(xin)區地(di)下盾構施工積累了(le)寶貴經驗(yan)。
“預制拼裝”全面升級
如何保質按期完(wan)成(cheng)京張高鐵全線(xian)控制性工程(cheng)，是建設者面臨的重要課題。
進(jin)場(chang)之初(chu)，中(zhong)(zhong)國國家鐵(tie)路集(ji)團副(fu)總經理(li)王(wang)同提出隧道軌下(xia)結構(gou)全預制創新理(li)念，中(zhong)(zhong)鐵(tie)十四(si)局建設者勇做“吃螃蟹”第一(yi)人，聯(lian)合設計方進(jin)行技術攻關。然而，做起來(lai)談(tan)何容(rong)易！
盾構隧道的軌下結(jie)構以往都是現場(chang)混凝土澆筑，一旦(dan)改成(cheng)預制構件，其安全性怎(zen)么(me)樣？使用(yong)什(shen)么(me)樣的設備？怎(zen)樣才(cai)能嚴絲合縫拼裝好？一系列困難擺(bai)在建(jian)設者(zhe)面前(qian)。
清華園隧道無砟軌道施工。劉福昌 攝
在摸(mo)索(suo)中(zhong)，中(zhong)鐵十四局創新提(ti)出全預(yu)制軌下結(jie)(jie)(jie)構(gou)施(shi)(shi)工(gong)工(gong)法，研(yan)發了盾(dun)構(gou)隧道全預(yu)制拼裝(zhuang)技術(shu)，實現(xian)隧道管(guan)片、軌下箱涵、附屬溝槽(cao)全部“裝(zhuang)配式”施(shi)(shi)工(gong)，把軌下結(jie)(jie)(jie)構(gou)由(you)原來(lai)中(zhong)間預(yu)制“口子件(jian)”+兩側現(xian)澆(jiao)調整為(wei)全預(yu)制，將兩側現(xian)澆(jiao)電(dian)纜槽(cao)調整為(wei)預(yu)制結(jie)(jie)(jie)構(gou)，實現(xian)了國內首次(ci)軌下結(jie)(jie)(jie)構(gou)和附屬管(guan)槽(cao)全預(yu)制拼裝(zhuang)。
“該(gai)施工法(fa)使構件(jian)(jian)在工廠生(sheng)產，構件(jian)(jian)模具復測(ce)、混凝(ning)土澆筑、蒸汽養護等工序均(jun)由計算機控(kong)制(zhi)，在流水線(xian)上生(sheng)產完成，構件(jian)(jian)尺寸誤差由規范要求的(de)1毫米(mi)縮減到0.5毫米(mi)以內，預制(zhi)構件(jian)(jian)質量更佳。”陳爽自豪地說，混凝(ning)土養護得好，加工精度大(da)大(da)提(ti)高，各種原材料也容易控(kong)制(zhi)，這(zhe)都是創新(xin)帶來(lai)的(de)“福利”。
他們還(huan)聘請專家協助優化(hua)方案，聯合(he)設(she)計(ji)院進行論證，最后參照盾構(gou)機(ji)的(de)中箱涵(han)(han)(han)拼裝(zhuang)(zhuang)機(ji)，研發出箱涵(han)(han)(han)拼裝(zhuang)(zhuang)機(ji)器(qi)人，能夠安(an)(an)全(quan)、高效、精準地(di)將(jiang)軌下箱涵(han)(han)(han)構(gou)件安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)到指(zhi)定位置，實現了(le)工(gong)廠化(hua)預(yu)制、裝(zhuang)(zhuang)配式施(shi)工(gong)，減少了(le)工(gong)序之間的(de)相(xiang)互干擾(rao)，徹底改(gai)變了(le)以(yi)往隧(sui)道內交(jiao)叉施(shi)工(gong)干擾(rao)，空氣污濁的(de)惡劣環境。該拼裝(zhuang)(zhuang)機(ji)器(qi)人已取得專利。
用(yong)拼裝機施工(gong)(gong)，兩名工(gong)(gong)人一天即可拼裝40米(mi)，而混凝土現(xian)澆40米(mi)，則需要10多個人一周(zhou)多的(de)時間。整個下(xia)部結構(gou)同步施工(gong)(gong)縮(suo)短工(gong)(gong)期近6個月。清華(hua)園隧(sui)道全預(yu)制軌下(xia)結構(gou)省部級施工(gong)(gong)工(gong)(gong)法正在申報。
“泥漿處理”零污染
大(da)斷面、長(chang)距離盾構隧道產生的(de)海量渣(zha)土和(he)廢棄(qi)泥(ni)漿如何(he)在市中心“消化”？按照(zhao)單機單日掘進20米來算，一天(tian)就產生2600立方米棄(qi)渣(zha)和(he)4000立方米廢棄(qi)泥(ni)漿，而工地周圍有清華大(da)學(xue)和(he)北京大(da)學(xue)等6家高(gao)等院校，場地有限，對外運輸困難。
棄漿必(bi)須做(zuo)到零排放(fang)。為(wei)解決(jue)超細泥土顆粒的分離難題，他們引進、開發成套泥水處(chu)理設備，加強工(gong)藝(yi)研究和創(chuang)新。
他們巧妙利用(yong)(yong)原(yuan)清華(hua)園(yuan)車站大約3萬平方米的鐵路臨時(shi)(shi)用(yong)(yong)地(di)，建立了沉(chen)淀池，可(ke)存放渣土2萬立方米。項目部(bu)多方考證(zheng)，投資600多萬元，購(gou)買了4套泥(ni)(ni)水分離機，一(yi)方面把泥(ni)(ni)分離出來(lai)，生產泥(ni)(ni)餅和干渣土；一(yi)方面把泥(ni)(ni)水中(zhong)的水過濾(lv)出來(lai)，可(ke)重(zhong)復利用(yong)(yong)，確(que)保了泥(ni)(ni)漿的及(ji)時(shi)(shi)處置。
他們在(zai)長期的(de)泥(ni)水分離實驗中，總結出(chu)一套由篩(shai)分、旋流、壓濾、離心并輔(fu)助專用劑(ji)的(de)方法，實現了(le)泥(ni)水盾構固液(ye)分離，處理后的(de)清水可進行再利用，分離出(chu)的(de)渣土變廢為寶，最高日處理廢漿(jiang)5000立方米(mi)(mi)，整條(tiao)隧道處理廢漿(jiang)130萬立方米(mi)(mi)，做(zuo)到(dao)了(le)零排放、零污染，達到(dao)了(le)綠色環保施(shi)工要求。
同時，他們反復優化工(gong)(gong)藝，調整施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)序。打(da)樁機施(shi)工(gong)(gong)全部安排(pai)在(zai)早晨(chen)6點到晚上(shang)10點之間(jian)施(shi)工(gong)(gong)，夜間(jian)混(hun)凝(ning)土(tu)澆筑，盡量減(jian)(jian)少產生(sheng)震動、噪(zao)聲和(he)照明光污染等施(shi)工(gong)(gong)作業。泥水分(fen)離機是盾構機的(de)掘進配套設(she)備(bei)，產生(sheng)的(de)噪(zao)聲較大，項目(mu)部投(tou)入百萬余元，為(wei)該設(she)備(bei)“蓋(gai)房子”，用隔音板材做成(cheng)專門的(de)板房，最大限度減(jian)(jian)少噪(zao)聲。
為保(bao)證管(guan)片(pian)(pian)的質量和生產進度，他們聯合鐵科(ke)院共同開發了“管(guan)片(pian)(pian)生產管(guan)控(kong)系統”，與西南交(jiao)通大學聯合成立了隧(sui)道盾構管(guan)片(pian)(pian)研(yan)發中心，在實踐(jian)中研(yan)究的“脫(tuo)軌式自動化流水(shui)生產線管(guan)片(pian)(pian)模具(ju)振(zhen)動臺”獲(huo)得(de)國家實用(yong)(yong)新型專利授權，“盾構隧(sui)道混凝土(tu)管(guan)片(pian)(pian)智(zhi)能化控(kong)制機組流水(shui)生產工法”得(de)到推廣應用(yong)(yong)。
一(yi)(yi)條鐵路，連(lian)接過去(qu)和未來。一(yi)(yi)段(duan)歷史，見證貧弱到(dao)(dao)復興。從(cong)(cong)一(yi)(yi)無所有到(dao)(dao)世界第一(yi)(yi)，從(cong)(cong)時速35公里到(dao)(dao)350公里，撫(fu)今追(zhui)昔，穿越時空的對話，映照出中國“智能建造”的魅力。
【責任編(bian)輯(ji)：李子紅】
