文章來源：中國鐵道建筑集團有限公司 發布時間：2020-01-21
2019年12月30日，舉世矚目的京張高鐵正式開通運營。G8811次首列復興號智能動車組自北京北站駛出后，迅速“鉆”入地下——清華園隧道，避開地面繁忙路段。6000多米的清華園隧道傾注了中國鐵建建設者們的心血和智慧，也留下一段段創新不止、奮斗不息的佳話。
突破核心技術，創新保駕護航。京張鐵路和京張高鐵，一字之差，超越一個世紀的奮斗，展現了中國鐵路乃至中國國力的百年巨變。這一切靠的是不斷創新，不斷突破，不斷飛躍。
京張高鐵每一座橋梁、每一段路基、每一座隧道的建設中，都融入了創新理念，彰顯了科技智能的魅力。
“風險管控”智能化
清華園隧道是京張高鐵的“龍頭”工程，也是全線控制性工程。隧道沿線管道密布，風險源眾多：穿越北京高樓林立的核心區，并行地鐵13號線，穿越地鐵10號線、12號線、15號線；穿越6條市政主干道、88條市政管線；盾構掘進區間有3600米為復雜卵石地層。
“地質復雜，管線干擾大，整個施工就像做一臺精密的手術，稍有不慎，后果不堪設想！”中國鐵建所屬中鐵十四局項目技術負責人高始軍回憶說。在城市核心區驚險穿越，在二環和五環之間，地質復雜多變，地面人流如織，地下施工必須確保安全，不能有任何閃失。
京張高鐵無砟軌道鋪設完畢后場景。
而隧道又是全線站前工程中進場最晚、干擾因素最大、風險等級最高、制約因素最多的關鍵控制性工程。“不打破常規，不獨辟蹊徑，如期完成隧道建設，幾乎是不可能的。”項目負責人陳爽說。
項目進場之初，就成立科技攻關小組，聯合科研院校，確定如何安全穿越“城市核心地區”的課題。然而，國內盾構施工沒有相關經驗可借鑒，面對這一空白領域，建設者經過數月的研究論證，投入力量開發可視化智慧施工系統，使施工和管理更“智慧”，隧道在極端復雜的地下環境中自由“穿越”。
“這一系統包括施工參數、過程監測、地質預測等，實現全過程可視化動態管理。”高始軍介紹。每一臺盾構機都搭載了幾千個傳感器，都具有感知、修正和自動調節功能，設備狀況、地下工作情況等數據，都直接上傳到中鐵十四局的全國大盾構數據指揮中心，盾構專家24小時提供遠程監控和技術服務。
他們研發的智能檢測系統可以隨時對海量數據進行處理分析，使風險始終處于可控狀態，實現了全過程智能管控。整個標段100余處風險源無一預警，精準穿越營運地鐵線路，沉降值不到0.8毫米，幾乎達到零沉降，在國內盾構施工領域首次實現了可視化風險管理，為今后城市核心區地下盾構施工積累了寶貴經驗。
“預制拼裝”全面升級
如何保質按期完成京張高鐵全線控制性工程，是建設者面臨的重要課題。
進場之初，中國國家鐵路集團副總經理王同提出隧道軌下結構全預制創新理念，中鐵十四局建設者勇做“吃螃蟹”第一人，聯合設計方進行技術攻關。然而，做起來談何容易！
盾構隧道的軌下結構以往都是現場混凝土澆筑，一旦改成預制構件，其安全性怎么樣？使用什么樣的設備？怎樣才能嚴絲合縫拼裝好？一系列困難擺在建設者面前。
清華園隧道無砟軌道施工。劉福昌 攝
在摸索中，中鐵十四局創新提出全預制軌下結構施工工法，研發了盾構隧道全預制拼裝技術，實現隧道管片、軌下箱涵、附屬溝槽全部“裝配式”施工，把軌下結構由原來中間預制“口子件”+兩側現澆調整為全預制，將兩側現澆電纜槽調整為預制結構，實現了國內首次軌下結構和附屬管槽全預制拼裝。
“該施工法使構件在工廠生產，構件模具復測、混凝土澆筑、蒸汽養護等工序均由計算機控制，在流水線上生產完成，構件尺寸誤差由規范要求的1毫米縮減到0.5毫米以內，預制構件質量更佳。”陳爽自豪地說，混凝土養護得好，加工精度大大提高，各種原材料也容易控制，這都是創新帶來的“福利”。
他們還聘請專家協助優化方案，聯合設計院進行論證，最后參照盾構機的中箱涵拼裝機，研發出箱涵拼裝機器人，能夠安全、高效、精準地將軌下箱涵構件安裝到指定位置，實現了工廠化預制、裝配式施工，減少了工序之間的相互干擾，徹底改變了以往隧道內交叉施工干擾，空氣污濁的惡劣環境。該拼裝機器人已取得專利。
用拼裝機施工，兩名工人一天即可拼裝40米，而混凝土現澆40米，則需要10多個人一周多的時間。整個下部結構同步施工縮短工期近6個月。清華園隧道全預制軌下結構省部級施工工法正在申報。
“泥漿處理”零污染
大斷面、長距離盾構隧道產生的海量渣土和廢棄泥漿如何在市中心“消化”？按照單機單日掘進20米來算，一天就產生2600立方米棄渣和4000立方米廢棄泥漿，而工地周圍有清華大學和北京大學等6家高等院校，場地有限，對外運輸困難。
棄漿必須做到零排放。為解決超細泥土顆粒的分離難題，他們引進、開發成套泥水處理設備，加強工藝研究和創新。
他們巧妙利用原清華園車站大約3萬平方米的鐵路臨時用地，建立了沉淀池，可存放渣土2萬立方米。項目部多方考證，投資600多萬元，購買了4套泥水分離機，一方面把泥分離出來，生產泥餅和干渣土；一方面把泥水中的水過濾出來，可重復利用，確保了泥漿的及時處置。
他們在長期的泥水分離實驗中，總結出一套由篩分、旋流、壓濾、離心并輔助專用劑的方法，實現了泥水盾構固液分離，處理后的清水可進行再利用，分離出的渣土變廢為寶，最高日處理廢漿5000立方米，整條隧道處理廢漿130萬立方米，做到了零排放、零污染，達到了綠色環保施工要求。
同時，他們反復優化工藝，調整施工工序。打樁機施工全部安排在早晨6點到晚上10點之間施工，夜間混凝土澆筑，盡量減少產生震動、噪聲和照明光污染等施工作業。泥水分離機是盾構機的掘進配套設備，產生的噪聲較大，項目部投入百萬余元，為該設備“蓋房子”，用隔音板材做成專門的板房，最大限度減少噪聲。
為保證管片的質量和生產進度，他們聯合鐵科院共同開發了“管片生產管控系統”，與西南交通大學聯合成立了隧道盾構管片研發中心，在實踐中研究的“脫軌式自動化流水生產線管片模具振動臺”獲得國家實用新型專利授權，“盾構隧道混凝土管片智能化控制機組流水生產工法”得到推廣應用。
一條鐵路，連接過去和未來。一段歷史，見證貧弱到復興。從一無所有到世界第一，從時速35公里到350公里，撫今追昔，穿越時空的對話，映照出中國“智能建造”的魅力。
【責任編輯：李子紅】
