掘進(jìn)國內(nèi)最長盾構(gòu)高速公路隧道，一項(xiàng)改造工程——
北京“地下版東六環(huán)”正加快建設(shè)
“京華號(hào)”盾構(gòu)機(jī)里，操作工人正在轉(zhuǎn)運(yùn)隧道管片。劉福昌攝
北京東六環(huán)高速路，北通北京首都機(jī)場，南接京哈高速、京津高速，每天車流如織。
恐怕很少人知道，過去兩年間，就在這條路的正下方，國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機(jī)已成功挖出“地下版東六環(huán)”。未來，車輛行經(jīng)這里時(shí)，將從地下隧道通過，現(xiàn)有地面上的東六環(huán)主路將建設(shè)成為六環(huán)公園，并改造成慢行系統(tǒng)，成為周邊居民散步騎行的好去處。
“地下版東六環(huán)”如何建成?日前，記者走進(jìn)北京東六環(huán)改造工程一探究竟。
建設(shè)難度高
7.4公里長的入地段隧道分為3層，根據(jù)工程量身定制總長150米、總重4300噸的盾構(gòu)機(jī)
來到北京市通州區(qū)潞苑二街北側(cè)，從始發(fā)井坐電梯往下，一個(gè)6層樓高、3車道寬的大洞赫然出現(xiàn)在記者眼前。這里是“地下版東六環(huán)”西線隧道的起點(diǎn)。
“為什么要把東六環(huán)‘搬到地下’?”記者拋出疑問。指著隧道墻上的地圖，首發(fā)建設(shè)公司東六環(huán)改造工程項(xiàng)目管理處副總經(jīng)理柴東然介紹：“東六環(huán)路基高26米，目前兩側(cè)往來只靠幾處鉆橋。它就像一堵墻橫在北京城市副中心，把城市分成東西兩片，影響了城市發(fā)展建設(shè)。”北京東六環(huán)改造工程，就是要把六環(huán)路“搬到地下”，打通地面空間，把綠地還給市民，以解決城市發(fā)展空間受限難題。
整個(gè)改造工程，南起京哈高速，北至潞苑北大街，全長16公里，其中約7.4公里入地段需采用盾構(gòu)法施工，這也正是這項(xiàng)工程的主要難點(diǎn)之一。
據(jù)介紹，改造工程隧道采用分離式雙洞布置，每洞布置3條車道，分為3層。其中，上層為排煙通道，中間層為行車通道，下層空間為疏散救援專用通道及管線廊道。這意味著，盾構(gòu)機(jī)直徑要達(dá)到16米。這樣的直徑，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)此前從未企及。為此，中鐵十四局聯(lián)合鐵建重工為西線工程量身定制了國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機(jī)“京華號(hào)”。
通常來說，大型盾構(gòu)機(jī)重量超過3000噸，零部件超過3萬個(gè)，制造工藝復(fù)雜，涉及電氣、光學(xué)、力學(xué)、土木、機(jī)械等諸多學(xué)科。在此基礎(chǔ)上，較之常規(guī)的直徑盾構(gòu)機(jī)，16米級(jí)以上超大直徑盾構(gòu)機(jī)的系統(tǒng)集成更復(fù)雜、加工制造更困難。
中鐵十四局北京東六環(huán)改造工程五標(biāo)盾構(gòu)經(jīng)理孫長松告訴記者，從研發(fā)、制造到下線，“京華號(hào)”整整花了10個(gè)月，“從以前有什么裝備干什么活，到根據(jù)工程量身定制裝備，‘京華號(hào)’體現(xiàn)出中國建造、中國制造的巨大進(jìn)步。”
“京華號(hào)”總長150米、總重4300噸，是一個(gè)近6層樓高、7節(jié)地鐵車廂長的龐然大物。因其設(shè)備巨大、運(yùn)輸難度高，項(xiàng)目人員難以在地下為它大規(guī)模更換核心部件。7.4公里的隧道，只有掘進(jìn)4772米到達(dá)中間風(fēng)井后，才能進(jìn)行大規(guī)模檢修維保。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障無法工作，補(bǔ)救成本極為高昂，甚至需要再造一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，從接收井重新掘進(jìn)。
為此，中鐵十四局專門為“京華號(hào)”配備了強(qiáng)大的維保團(tuán)隊(duì)。以項(xiàng)目總機(jī)械師王建華為領(lǐng)隊(duì)的“全科醫(yī)生”，每天為盾構(gòu)機(jī)“望聞問切”，保證了“京華號(hào)”掘進(jìn)穩(wěn)定。整個(gè)施工周期，“京華號(hào)”設(shè)備故障率始終控制在5%以內(nèi)。
施工風(fēng)險(xiǎn)大
成功下穿車站、鐵路、地鐵、公路、河流等55處風(fēng)險(xiǎn)源，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面建筑物“零擾動(dòng)”
北京東六環(huán)改造工程對(duì)設(shè)備要求高，施工難度也高。隧道西線，最低點(diǎn)位于地下75米，需長距離穿越高致密富水砂層，先后下穿車站、鐵路、地鐵、公路、河流等55處風(fēng)險(xiǎn)源，掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)不小。
最大的挑戰(zhàn)，來自與北京城市副中心站綜合交通樞紐(以下簡稱“副中心站”)的交會(huì)。根據(jù)規(guī)劃，北京東六環(huán)改造工程和北京副中心站交叉匯集施工，副中心站基坑的抗拔樁基深入基坑底部20米，與隧道頂部的最小凈距僅為3米。
再者，隧道施工還要下穿京哈鐵路和北京地鐵6號(hào)線。京哈鐵路是全國交通最繁忙的鐵路干線之一，每天通過運(yùn)營列車88對(duì)，客貨車混跑，重載列車多。北京地鐵6號(hào)線則是貫穿北京中心城區(qū)、東西向運(yùn)行的軌道交通干線，區(qū)間列車最高時(shí)速可達(dá)100公里。
孫長松告訴記者，作為一個(gè)總重量達(dá)4300噸的地下“巨無霸”，“京華號(hào)”的每一次開動(dòng)、掘進(jìn)，都有可能對(duì)地面的建筑、鐵路、河流水系造成影響。
頭頂復(fù)雜地質(zhì)和特重大風(fēng)險(xiǎn)源，“京華號(hào)”的每一步都要做到“零擾動(dòng)”。經(jīng)過多番演練、摸索，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，得給“京華號(hào)”配上一個(gè)“金鐘罩”，才能做到地下“穿針”。
“掘進(jìn)中的盾構(gòu)機(jī)并不是直線運(yùn)動(dòng)，而是沿隧道軸線做蛇形運(yùn)動(dòng)，造成管片與地層間存在環(huán)形間隙，容易造成隧道沉降，對(duì)土體造成擾動(dòng)。”“京華號(hào)”盾構(gòu)機(jī)長王虎然說，因此，在掘進(jìn)過程中，要以最快速度在管片與地層間注入足量的漿液材料充填空隙。
然而，常規(guī)盾構(gòu)隧道施工同步注漿采用的是水泥單液漿，凝固時(shí)間長達(dá)8小時(shí)，不能及時(shí)有效控制管片上浮。為了確保“京華號(hào)”施工萬無一失，項(xiàng)目建設(shè)團(tuán)隊(duì)與中國工程院錢七虎院士領(lǐng)銜的專家團(tuán)隊(duì)通力合作，自主研發(fā)了超大直徑盾構(gòu)同步雙液注漿技術(shù)。
采用新技術(shù)后，“京華號(hào)”向前推進(jìn)時(shí)，兩種漿液在盾尾后方混合，通過8個(gè)注漿口，快速注入管片壁后的環(huán)形間隙，僅10多秒就能變成膠凝狀，并在30分鐘內(nèi)形成早期強(qiáng)度，1小時(shí)完成凝固，讓隧道外圍快速形成“銅墻鐵壁”，為隧道管片提供更加堅(jiān)固的“金鐘罩”。
2021年5月，“京華號(hào)”盾構(gòu)機(jī)開始掘進(jìn)。2022年4月，“京華號(hào)”迎來全線施工最大挑戰(zhàn)：穿越京哈鐵路、副中心站兩大風(fēng)險(xiǎn)源。
“這一段工程是隧道最深區(qū)域，底部達(dá)到75米，承壓水水頭壓力達(dá)0.8兆帕，相當(dāng)于一個(gè)指甲蓋的面積要承受8公斤壓力。”王虎然介紹，在總長207米的穿越區(qū)間，盾構(gòu)機(jī)處于爬坡狀態(tài)，覆土厚度從58米突然變到23米，這在行業(yè)內(nèi)幾乎聞所未聞。
準(zhǔn)備充分，進(jìn)展順利。2022年4月25日，“京華號(hào)”順利穿越京哈鐵路、副中心站。207米的穿越區(qū)間，沉降始終控制在3毫米內(nèi)，管片上浮不超過10毫米。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)單月最高掘進(jìn)542米，創(chuàng)造了16米級(jí)超大直徑盾構(gòu)機(jī)月進(jìn)尺新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面建筑物“零擾動(dòng)”。
項(xiàng)目管理優(yōu)
渣土外運(yùn)、循環(huán)利用，智能監(jiān)控、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全覆蓋
走進(jìn)隧道內(nèi)部，施工現(xiàn)場干干凈凈、整齊劃一，完全刷新記者對(duì)隧道施工的認(rèn)知。盾構(gòu)機(jī)開挖出來的渣土哪里去了?
原來，“京華號(hào)”創(chuàng)新配備了泥水循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)前部的刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)“啃”土?xí)r，管道將送來泥水，沖洗被刀頭切削下來的渣土?；旌显恋哪酀{再通過排漿管路運(yùn)至盾構(gòu)機(jī)外，送到與掘進(jìn)工地南側(cè)一街之隔的泥漿處理廠進(jìn)行處理。泥漿經(jīng)過過濾沉淀，再經(jīng)管道循環(huán)至盾構(gòu)機(jī)內(nèi)重復(fù)使用。
“分離后的渣土也可循環(huán)利用。”孫長松介紹，渣土從泥漿中分離后，經(jīng)過板式壓濾機(jī)和高速離心機(jī)處理干燥后，可以即產(chǎn)即運(yùn)，用于種地、栽樹、路基施工等，實(shí)現(xiàn)資源再利用。
這里還是一個(gè)“智慧工地”。智能監(jiān)控、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，只要有安全問題、參數(shù)異常、環(huán)保隱患，平臺(tái)立刻報(bào)警，讓隱患無處遁形。
來到改造工程安全質(zhì)量監(jiān)控中心，大屏幕上，盾構(gòu)機(jī)的推力、行程、分區(qū)壓力，管片的生產(chǎn)、運(yùn)輸、拼裝等信息全都一覽無余。“系統(tǒng)可以連接手機(jī)。我們外出時(shí)，可通過手機(jī)對(duì)上萬個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)管。”孫長松說。
不僅如此，安全質(zhì)量監(jiān)控中心還與位于南京的中鐵十四局大盾構(gòu)公司總部盾構(gòu)智慧管控中心聯(lián)動(dòng)聯(lián)控。如有必要，總部人員甚至可以在1000公里外遠(yuǎn)程操控盾構(gòu)機(jī)。
2023年6月28日上午，歷經(jīng)兩年多掘進(jìn)，“京華號(hào)”順利完成西線隧道掘進(jìn)任務(wù)，抵達(dá)接收井，這也意味著國內(nèi)最長盾構(gòu)高速公路隧道西線貫通。“這條隧道的貫通，意味著我國超大直徑盾構(gòu)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展站上了新臺(tái)階，為解決城市發(fā)展空間受阻難題提供了新路徑。”中鐵十四局黨委書記、董事長吳言坤說。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開展隧道內(nèi)剩余現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工、裝飾裝修、路面找平層及瀝青層施工，最后進(jìn)行強(qiáng)弱電、交安、消防等機(jī)電安裝施工。預(yù)計(jì)明年年底，改造工程將建成通車。
目前，“京華號(hào)”盾構(gòu)機(jī)正在拆解，將進(jìn)行全面檢查、保養(yǎng)和改造，服務(wù)下一個(gè)工程。(記者 李心萍)
編輯：譚鵬
