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2019年(nian)12月(yue)30日(ri)，舉世矚目(mu)的京張高鐵正式開通(tong)運營。G8811次首(shou)列復興號智能動車組自北京北站(zhan)駛(shi)出后，迅速(su)“鉆”入地下(xia)——清(qing)華園隧道，避(bi)開地面繁忙(mang)路段。6000多米的清(qing)華園隧道傾注了(le)中國(guo)鐵建建設者們的心血和智慧，也留下(xia)一段段創新不止、奮(fen)斗不息(xi)的佳(jia)話。

突破核心(xin)技術，創新(xin)保駕護航。京張鐵(tie)路和京張高鐵(tie)，一字之差(cha)，超越(yue)一個世紀的奮斗，展現了中國鐵(tie)路乃至(zhi)中國國力的百年(nian)巨變。這一切靠的是不(bu)斷(duan)(duan)創新(xin)，不(bu)斷(duan)(duan)突破，不(bu)斷(duan)(duan)飛躍(yue)。

京張(zhang)高鐵每一座橋梁(liang)、每一段路基、每一座隧道的(de)建設(she)中，都融入了創(chuang)新理念，彰顯了科技智能的(de)魅力。

“風險管控”智能化

清華園隧道(dao)是京張高(gao)鐵(tie)(tie)的“龍(long)頭(tou)”工(gong)程(cheng)，也是全(quan)線控制性工(gong)程(cheng)。隧道(dao)沿線管道(dao)密布，風險源眾多(duo)：穿越北京高(gao)樓林(lin)立的核心區，并(bing)行(xing)地(di)鐵(tie)(tie)13號(hao)線，穿越地(di)鐵(tie)(tie)10號(hao)線、12號(hao)線、15號(hao)線；穿越6條(tiao)市政主(zhu)干道(dao)、88條(tiao)市政管線；盾構(gou)掘(jue)進(jin)區間有3600米(mi)為復雜(za)卵石地(di)層。

“地質復雜(za)，管線(xian)干(gan)擾大，整(zheng)個施工就像做一臺精密的(de)手術，稍有不慎，后果(guo)不堪設想(xiang)！”中(zhong)國鐵建所屬中(zhong)鐵十四(si)局項目技術負責(ze)人(ren)(ren)高始軍回憶說。在城市(shi)核心區驚險穿越，在二(er)環和(he)五環之間，地質復雜(za)多變，地面人(ren)(ren)流如(ru)織(zhi)，地下(xia)施工必須確保安全，不能有任何閃(shan)失。

京張高鐵無砟軌道鋪設完畢后場景。

而(er)隧道又是(shi)全線(xian)站前工程(cheng)中進場最(zui)晚、干擾因素最(zui)大、風險等級最(zui)高、制約因素最(zui)多的(de)(de)關鍵控(kong)制性工程(cheng)。“不打(da)破常規(gui)，不獨辟蹊(xi)徑，如期完(wan)成隧道建設，幾乎是(shi)不可(ke)能(neng)的(de)(de)。”項目負責(ze)人陳爽說。

項目進場之初，就成立(li)科技攻關小組，聯合科研院校，確定(ding)如何安全(quan)穿越“城市核(he)心地區”的(de)(de)課題。然(ran)而，國(guo)內盾(dun)構施(shi)(shi)工沒有相關經(jing)驗可(ke)借鑒，面對這一空(kong)白領域，建設者經(jing)過數月的(de)(de)研究論證，投(tou)入力(li)量開發可(ke)視化智慧(hui)施(shi)(shi)工系(xi)統，使施(shi)(shi)工和管理更“智慧(hui)”，隧道在極端復雜的(de)(de)地下(xia)環境中自(zi)由(you)“穿越”。

“這(zhe)一系統包括(kuo)施工參數、過(guo)(guo)程(cheng)監測(ce)、地質預測(ce)等，實現全(quan)過(guo)(guo)程(cheng)可視化動態管理(li)。”高始軍(jun)介紹。每一臺盾(dun)構(gou)機都搭載了幾千(qian)個(ge)傳感(gan)器，都具有(you)感(gan)知、修正和(he)自動調節功能，設備狀況、地下工作情況等數據(ju)，都直接上傳到中鐵十四局的全(quan)國大(da)盾(dun)構(gou)數據(ju)指揮中心(xin)，盾(dun)構(gou)專家24小時提供遠(yuan)程(cheng)監控(kong)和(he)技術服務。

他們研發的智(zhi)能(neng)檢測系統可以隨(sui)時對(dui)海量(liang)數(shu)據進行處(chu)理(li)分析，使風(feng)險始終處(chu)于可控狀態，實現了(le)全過程智(zhi)能(neng)管控。整(zheng)個標(biao)段100余處(chu)風(feng)險源無(wu)一預(yu)警，精準穿越營運地鐵(tie)線路，沉降(jiang)值不(bu)到0.8毫米(mi)，幾(ji)乎達到零沉降(jiang)，在國(guo)內盾構(gou)施工領域(yu)首(shou)次實現了(le)可視化(hua)風(feng)險管理(li)，為今后城市核心區地下盾構(gou)施工積累了(le)寶(bao)貴經驗。

“預制拼裝”全面升級

如何保質按期(qi)完成(cheng)京張高鐵(tie)全線控制性工程，是建設者(zhe)面(mian)臨的重(zhong)要(yao)課題。

進場之初，中(zhong)國國家鐵(tie)路集團副總經理(li)王同提出隧道軌下(xia)結構全預制創新(xin)理(li)念，中(zhong)鐵(tie)十四局建設者勇做(zuo)“吃(chi)螃(pang)蟹(xie)”第一人，聯合(he)設計方進行技術攻關。然而，做(zuo)起來談何容易！

盾構隧道的軌下結構以往都是現場(chang)混凝(ning)土澆(jiao)筑，一旦改(gai)成預制(zhi)構件，其(qi)安全性怎(zen)么樣？使(shi)用(yong)什么樣的設備？怎(zen)樣才能嚴(yan)絲合(he)縫(feng)拼裝好(hao)？一系列困(kun)難(nan)擺在(zai)建(jian)設者面(mian)前。

清華園隧道無砟軌道施工。劉福昌 攝

在摸索(suo)中(zhong)，中(zhong)鐵十(shi)四局創新提出全(quan)(quan)預制(zhi)(zhi)軌(gui)下(xia)結構(gou)施工(gong)(gong)工(gong)(gong)法，研發了盾(dun)構(gou)隧道全(quan)(quan)預制(zhi)(zhi)拼裝(zhuang)技術，實現(xian)隧道管片、軌(gui)下(xia)箱涵、附屬溝槽全(quan)(quan)部“裝(zhuang)配式”施工(gong)(gong)，把軌(gui)下(xia)結構(gou)由原來中(zhong)間預制(zhi)(zhi)“口子件”+兩側(ce)現(xian)澆調整為全(quan)(quan)預制(zhi)(zhi)，將兩側(ce)現(xian)澆電纜槽調整為預制(zhi)(zhi)結構(gou)，實現(xian)了國內(nei)首次軌(gui)下(xia)結構(gou)和附屬管槽全(quan)(quan)預制(zhi)(zhi)拼裝(zhuang)。

“該(gai)施(shi)工(gong)法(fa)使構(gou)件在(zai)工(gong)廠生(sheng)產(chan)，構(gou)件模具復測、混凝土澆筑、蒸汽養(yang)護(hu)等(deng)工(gong)序均由計算(suan)機控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，在(zai)流水線上生(sheng)產(chan)完(wan)成，構(gou)件尺寸誤差由規范要求的(de)1毫米縮減到(dao)0.5毫米以(yi)內，預制(zhi)(zhi)(zhi)構(gou)件質量更佳(jia)。”陳爽(shuang)自(zi)豪地說，混凝土養(yang)護(hu)得(de)好，加工(gong)精度大(da)大(da)提高，各種(zhong)原材(cai)料也容易控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，這都是創新帶來的(de)“福利”。

他(ta)們還聘請專(zhuan)家(jia)協助優(you)化方案，聯合設(she)計院進行論證(zheng)，最后參照盾(dun)構(gou)機的中箱(xiang)(xiang)涵拼(pin)(pin)裝(zhuang)機，研發出(chu)箱(xiang)(xiang)涵拼(pin)(pin)裝(zhuang)機器人(ren)，能夠安全、高(gao)效、精準(zhun)地將(jiang)軌下箱(xiang)(xiang)涵構(gou)件安裝(zhuang)到(dao)指定位置(zhi)，實現了工(gong)廠化預制、裝(zhuang)配式施工(gong)，減(jian)少(shao)了工(gong)序之間的相互干擾(rao)，徹(che)底改(gai)變了以往隧道內(nei)交(jiao)叉施工(gong)干擾(rao)，空氣(qi)污濁的惡劣(lie)環境。該拼(pin)(pin)裝(zhuang)機器人(ren)已(yi)取得專(zhuan)利。

用拼(pin)裝機施(shi)工(gong)，兩名工(gong)人(ren)(ren)一天即可拼(pin)裝40米，而(er)混凝土(tu)現澆40米，則需要10多個人(ren)(ren)一周(zhou)多的(de)時間。整個下部(bu)結(jie)構(gou)同步施(shi)工(gong)縮短(duan)工(gong)期近6個月。清華(hua)園隧道(dao)全預制軌下結(jie)構(gou)省部(bu)級(ji)施(shi)工(gong)工(gong)法正在申報(bao)。

“泥漿處理”零污染

大斷面、長(chang)距離盾構隧道產(chan)生的海量渣(zha)土和(he)廢棄(qi)泥漿如何(he)在市中(zhong)心“消化”？按(an)照單機(ji)單日掘(jue)進20米來算，一天(tian)就產(chan)生2600立方(fang)(fang)米棄(qi)渣(zha)和(he)4000立方(fang)(fang)米廢棄(qi)泥漿，而工地周圍有(you)清華大學和(he)北(bei)京大學等6家高等院校，場(chang)地有(you)限，對外運輸困難。

棄漿必(bi)須(xu)做到零排放。為解(jie)決超細泥土(tu)顆粒(li)的分離難題，他們引進、開發成套(tao)泥水(shui)處理設備，加強工藝研究和(he)創新。

他(ta)們巧妙利(li)用(yong)(yong)原(yuan)清華園車(che)站大約3萬平方(fang)(fang)米(mi)的(de)鐵(tie)路臨(lin)時(shi)用(yong)(yong)地，建立了(le)沉淀池，可(ke)存(cun)放渣土2萬立方(fang)(fang)米(mi)。項目部多方(fang)(fang)考證，投資600多萬元(yuan)，購(gou)買了(le)4套(tao)泥水分(fen)(fen)離(li)機，一(yi)方(fang)(fang)面把泥分(fen)(fen)離(li)出來，生產(chan)泥餅和(he)干渣土；一(yi)方(fang)(fang)面把泥水中的(de)水過濾出來，可(ke)重復利(li)用(yong)(yong)，確保了(le)泥漿的(de)及時(shi)處置。

他們在長期的(de)(de)泥水分(fen)(fen)離實驗(yan)中，總結出一套由篩分(fen)(fen)、旋流、壓(ya)濾、離心并輔助(zhu)專用(yong)劑的(de)(de)方(fang)法，實現(xian)了泥水盾構(gou)固液分(fen)(fen)離，處理(li)后的(de)(de)清水可(ke)進行(xing)再利用(yong)，分(fen)(fen)離出的(de)(de)渣(zha)土變廢為寶(bao)，最(zui)高日處理(li)廢漿5000立(li)方(fang)米，整條(tiao)隧道處理(li)廢漿130萬立(li)方(fang)米，做到(dao)了零(ling)排放、零(ling)污染，達到(dao)了綠色環(huan)保(bao)施工要求(qiu)。

同(tong)時，他們反復優化工(gong)藝，調整施(shi)工(gong)工(gong)序。打樁(zhuang)機施(shi)工(gong)全部(bu)安(an)排在早(zao)晨(chen)6點(dian)到晚(wan)上(shang)10點(dian)之間施(shi)工(gong)，夜間混凝土澆筑，盡量(liang)減少產生震動、噪(zao)聲和(he)照明(ming)光污染等施(shi)工(gong)作業。泥水分(fen)離機是盾(dun)構機的(de)(de)掘進配套設備，產生的(de)(de)噪(zao)聲較大(da)，項目部(bu)投入百萬(wan)余元，為該(gai)設備“蓋房(fang)子”，用隔音板材做成專門的(de)(de)板房(fang)，最大(da)限(xian)度(du)減少噪(zao)聲。

為保(bao)證管(guan)(guan)片(pian)的質(zhi)量和生產(chan)進度，他們聯合(he)鐵(tie)科院共同開發(fa)了(le)“管(guan)(guan)片(pian)生產(chan)管(guan)(guan)控系統”，與西南交通大學聯合(he)成立了(le)隧道盾構(gou)管(guan)(guan)片(pian)研(yan)發(fa)中心，在實(shi)踐中研(yan)究的“脫軌式自動化流(liu)水生產(chan)線管(guan)(guan)片(pian)模(mo)具(ju)振動臺”獲得(de)(de)國家實(shi)用新型(xing)專利授權，“盾構(gou)隧道混凝土(tu)管(guan)(guan)片(pian)智能化控制機組流(liu)水生產(chan)工(gong)法(fa)”得(de)(de)到推廣應用。

一(yi)條鐵(tie)路，連接過去和未來。一(yi)段歷史，見證貧弱到(dao)(dao)(dao)復(fu)興(xing)。從(cong)一(yi)無所有到(dao)(dao)(dao)世界第一(yi)，從(cong)時速35公(gong)里到(dao)(dao)(dao)350公(gong)里，撫今追(zhui)昔，穿越時空(kong)的對話，映照(zhao)出中國(guo)“智(zhi)能建(jian)造(zao)”的魅力(li)。

【責任編輯(ji)：李(li)子紅】