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2019年(nian)12月30日，舉世矚目的(de)京張高(gao)鐵(tie)正(zheng)式開(kai)(kai)通運(yun)營。G8811次首列復興號智(zhi)能動車組自北京北站駛出后，迅(xun)速“鉆(zhan)”入地下(xia)——清華園隧道，避開(kai)(kai)地面繁忙路(lu)段。6000多米的(de)清華園隧道傾注了中國鐵(tie)建(jian)(jian)建(jian)(jian)設者們的(de)心血(xue)和智(zhi)慧(hui)，也留下(xia)一段段創(chuang)新不止(zhi)、奮斗不息的(de)佳話。

突破(po)核心(xin)技術，創新保駕護(hu)航。京張鐵(tie)路和京張高鐵(tie)，一(yi)字(zi)之差(cha)，超越(yue)一(yi)個世紀的(de)奮斗，展現了中(zhong)國(guo)(guo)鐵(tie)路乃至(zhi)中(zhong)國(guo)(guo)國(guo)(guo)力的(de)百(bai)年巨變。這一(yi)切靠的(de)是不(bu)斷創新，不(bu)斷突破(po)，不(bu)斷飛躍。

京張高鐵每一(yi)座(zuo)橋梁、每一(yi)段路基(ji)、每一(yi)座(zuo)隧道的建設(she)中(zhong)，都融入了創新(xin)理念(nian)，彰(zhang)顯了科技智能(neng)的魅力(li)。

“風險管控”智能化

清華園隧道是(shi)京(jing)張(zhang)高(gao)(gao)鐵的(de)“龍頭”工程，也是(shi)全(quan)線控制性工程。隧道沿線管道密(mi)布，風(feng)險源眾多：穿(chuan)(chuan)越(yue)北(bei)京(jing)高(gao)(gao)樓林(lin)立的(de)核(he)心區，并行地(di)鐵13號(hao)(hao)線，穿(chuan)(chuan)越(yue)地(di)鐵10號(hao)(hao)線、12號(hao)(hao)線、15號(hao)(hao)線；穿(chuan)(chuan)越(yue)6條市(shi)政(zheng)(zheng)主干(gan)道、88條市(shi)政(zheng)(zheng)管線；盾構掘進區間有3600米為復雜卵石地(di)層(ceng)。

“地質復雜(za)，管線干擾大，整個施工就像做一臺精密(mi)的手術，稍(shao)有不慎，后果不堪設想！”中國鐵建所屬中鐵十四局項(xiang)目技術負責人高始軍回憶說。在城(cheng)市核心區驚險穿越，在二(er)環和五環之間，地質復雜(za)多變，地面人流如(ru)織(zhi)，地下施工必須確保安全(quan)，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(xian)站前工程(cheng)中進(jin)場最(zui)晚、干擾因素(su)最(zui)大、風險等級最(zui)高(gao)、制約因素(su)最(zui)多的關鍵控制性工程(cheng)。“不打破常(chang)規，不獨辟蹊徑(jing)，如期完(wan)成隧道建(jian)設，幾乎是不可能的。”項目負責人(ren)陳爽說(shuo)。

項(xiang)目進場之初，就成立科技攻關小組，聯(lian)合科研院(yuan)校，確定如何安全穿越(yue)“城市核心(xin)地區”的課(ke)題。然而，國內盾(dun)構施(shi)工沒(mei)有相(xiang)關經(jing)驗可借鑒，面對這(zhe)一空(kong)白領(ling)域，建設者經(jing)過數月的研究論證(zheng)，投入力量開發(fa)可視化智慧施(shi)工系統(tong)，使施(shi)工和管(guan)理更“智慧”，隧道在(zai)極端復雜(za)的地下(xia)環境中自由“穿越(yue)”。

“這(zhe)一系統包(bao)括施工(gong)參數(shu)、過程監測(ce)、地質預測(ce)等，實現全過程可視化動(dong)態管理(li)。”高始軍介紹。每一臺盾(dun)構(gou)機都搭(da)載了幾千個傳感器，都具有感知、修(xiu)正和自動(dong)調(diao)節(jie)功能，設備狀況(kuang)、地下(xia)工(gong)作情況(kuang)等數(shu)據，都直(zhi)接上傳到中(zhong)鐵十四(si)局的全國大盾(dun)構(gou)數(shu)據指揮中(zhong)心，盾(dun)構(gou)專(zhuan)家(jia)24小時提供遠(yuan)程監控和技術(shu)服務。

他們(men)研發的智能(neng)檢測系(xi)統可(ke)以(yi)隨(sui)時對海量數據進(jin)行處理(li)分析，使風險(xian)始(shi)終處于可(ke)控(kong)狀(zhuang)態，實現了全過程(cheng)智能(neng)管控(kong)。整個標段100余處風險(xian)源無一預警，精(jing)準穿越營運地鐵線路，沉降值不到0.8毫米(mi)，幾(ji)乎達到零沉降，在(zai)國(guo)內盾構施工領(ling)域首(shou)次實現了可(ke)視化風險(xian)管理(li)，為(wei)今(jin)后城市核心區地下(xia)盾構施工積累了寶貴經(jing)驗。

“預制拼裝”全面升級

如(ru)何保(bao)質(zhi)按(an)期完成京張高鐵全線(xian)控制性工(gong)程，是建設者(zhe)面(mian)臨的重要課(ke)題。

進(jin)場之初，中(zhong)國國家鐵路集團副總經理(li)王同提出隧道軌下結(jie)構全預制(zhi)創新理(li)念，中(zhong)鐵十四(si)局建(jian)設(she)者勇做“吃螃蟹(xie)”第一人，聯合設(she)計方(fang)進(jin)行技術(shu)攻關。然而，做起來(lai)談何容易(yi)！

盾(dun)構隧道的軌下結構以往(wang)都是(shi)現場混凝土澆筑(zhu)，一旦(dan)改成(cheng)預制構件，其安全性怎么(me)樣？使用什么(me)樣的設(she)備(bei)？怎樣才能嚴(yan)絲合縫拼裝好？一系列困難擺(bai)在(zai)建設(she)者面前。

清華園隧道無砟軌道施工。劉福昌 攝

在(zai)摸索中(zhong)，中(zhong)鐵十(shi)四(si)局創(chuang)新(xin)提出全(quan)預(yu)(yu)(yu)制軌下結構(gou)施工工法，研發了(le)盾構(gou)隧道全(quan)預(yu)(yu)(yu)制拼裝技術，實(shi)現隧道管片、軌下箱涵、附(fu)屬溝槽(cao)全(quan)部“裝配式”施工，把軌下結構(gou)由原來中(zhong)間(jian)預(yu)(yu)(yu)制“口(kou)子件”+兩側現澆調整為全(quan)預(yu)(yu)(yu)制，將兩側現澆電纜槽(cao)調整為預(yu)(yu)(yu)制結構(gou)，實(shi)現了(le)國內(nei)首次軌下結構(gou)和附(fu)屬管槽(cao)全(quan)預(yu)(yu)(yu)制拼裝。

“該施(shi)工法使構(gou)件(jian)在(zai)工廠生產(chan)(chan)，構(gou)件(jian)模具(ju)復測、混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)澆筑、蒸汽養護等工序(xu)均由(you)計算機控制，在(zai)流(liu)水(shui)線上(shang)生產(chan)(chan)完成(cheng)，構(gou)件(jian)尺寸誤(wu)差由(you)規范要求的(de)1毫米縮減到0.5毫米以(yi)內，預(yu)制構(gou)件(jian)質量更(geng)佳。”陳爽(shuang)自(zi)豪地(di)說，混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)養護得(de)好，加(jia)工精度大大提高，各種(zhong)原材料(liao)也容易控制，這都是創新帶來的(de)“福利”。

他(ta)們還聘請專家協助優化方案，聯合設(she)計院進(jin)行論證，最后(hou)參(can)照(zhao)盾構機(ji)的中(zhong)箱(xiang)涵(han)拼裝(zhuang)機(ji)，研(yan)發出箱(xiang)涵(han)拼裝(zhuang)機(ji)器人，能夠安(an)(an)全、高效(xiao)、精準地將軌(gui)下箱(xiang)涵(han)構件安(an)(an)裝(zhuang)到指定位置(zhi)，實現了工(gong)廠化預(yu)制、裝(zhuang)配式施工(gong)，減少了工(gong)序(xu)之間的相互干擾(rao)，徹底改變了以往隧道(dao)內交叉施工(gong)干擾(rao)，空氣污濁(zhuo)的惡劣環(huan)境(jing)。該拼裝(zhuang)機(ji)器人已取(qu)得專利。

用拼裝機施(shi)工，兩(liang)名工人(ren)一天即(ji)可(ke)拼裝40米(mi)，而混凝土現澆(jiao)40米(mi)，則(ze)需要10多個人(ren)一周多的時(shi)間。整個下部(bu)結(jie)構同步施(shi)工縮短工期近6個月。清華(hua)園隧道全預制軌下結(jie)構省部(bu)級施(shi)工工法正在(zai)申報。

“泥漿處理”零污染

大斷面、長距離盾構(gou)隧道產(chan)生的海量(liang)渣土和(he)廢棄泥漿(jiang)如(ru)何(he)在市中心“消化”？按(an)照(zhao)單機單日(ri)掘進20米來算，一天就產(chan)生2600立(li)方米棄渣和(he)4000立(li)方米廢棄泥漿(jiang)，而(er)工(gong)地(di)周圍有清華大學和(he)北京大學等(deng)6家高(gao)等(deng)院校(xiao)，場地(di)有限(xian)，對外運輸困難。

棄漿(jiang)必須做到零排放。為解決超細泥(ni)(ni)土顆粒的分離難題，他(ta)們引進、開(kai)發成(cheng)套(tao)泥(ni)(ni)水(shui)處理設備，加(jia)強工藝研究(jiu)和創(chuang)新(xin)。

他們(men)巧妙(miao)利(li)(li)用原(yuan)清華(hua)園車站大約3萬平方(fang)米的(de)鐵路(lu)臨時用地，建立(li)了(le)沉淀池，可(ke)存放渣土2萬立(li)方(fang)米。項(xiang)目部多方(fang)考證(zheng)，投資600多萬元，購買(mai)了(le)4套泥水(shui)(shui)分離(li)機，一方(fang)面(mian)把泥分離(li)出來(lai)，生產泥餅(bing)和干渣土；一方(fang)面(mian)把泥水(shui)(shui)中的(de)水(shui)(shui)過濾出來(lai)，可(ke)重復利(li)(li)用，確保了(le)泥漿(jiang)的(de)及時處置(zhi)。

他們在長(chang)期的(de)(de)泥水(shui)分(fen)(fen)(fen)離實驗中，總(zong)結出(chu)一(yi)套(tao)由篩分(fen)(fen)(fen)、旋(xuan)流、壓濾、離心并輔助專(zhuan)用劑的(de)(de)方法，實現了(le)(le)泥水(shui)盾構固液分(fen)(fen)(fen)離，處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)清水(shui)可進行再利(li)用，分(fen)(fen)(fen)離出(chu)的(de)(de)渣土變(bian)廢為寶，最(zui)高日處(chu)理(li)廢漿(jiang)5000立方米，整(zheng)條隧道處(chu)理(li)廢漿(jiang)130萬立方米，做到了(le)(le)零排放、零污(wu)染，達到了(le)(le)綠色環保施(shi)工要求(qiu)。

同時，他們反(fan)復(fu)優化工(gong)(gong)藝(yi)，調整施(shi)工(gong)(gong)工(gong)(gong)序。打樁機(ji)施(shi)工(gong)(gong)全部(bu)安排在(zai)早晨(chen)6點(dian)到晚上10點(dian)之間(jian)施(shi)工(gong)(gong)，夜間(jian)混凝(ning)土澆筑，盡(jin)量減(jian)少產生震動、噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)和(he)照(zhao)明(ming)光污(wu)染等施(shi)工(gong)(gong)作(zuo)業。泥水(shui)分離(li)機(ji)是盾構(gou)機(ji)的掘進配套設備(bei)，產生的噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)較大，項(xiang)目(mu)部(bu)投入(ru)百萬(wan)余元(yuan)，為(wei)該(gai)設備(bei)“蓋(gai)房子(zi)”，用隔音板(ban)材做成(cheng)專門的板(ban)房，最大限(xian)度(du)減(jian)少噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)。

為保證管(guan)片(pian)的(de)質量和生(sheng)產(chan)(chan)進度，他們(men)聯(lian)合鐵(tie)科(ke)院共(gong)同開發了(le)“管(guan)片(pian)生(sheng)產(chan)(chan)管(guan)控(kong)系統”，與西南交通大學(xue)聯(lian)合成立了(le)隧(sui)道(dao)盾(dun)(dun)構(gou)管(guan)片(pian)研發中(zhong)心，在實(shi)(shi)踐中(zhong)研究的(de)“脫軌式自動化流水(shui)(shui)生(sheng)產(chan)(chan)線管(guan)片(pian)模具振動臺”獲(huo)得國家實(shi)(shi)用(yong)新型(xing)專利(li)授權，“盾(dun)(dun)構(gou)隧(sui)道(dao)混凝土管(guan)片(pian)智能化控(kong)制機(ji)組流水(shui)(shui)生(sheng)產(chan)(chan)工法”得到推廣應用(yong)。

一(yi)條鐵(tie)路，連接過去和未來。一(yi)段歷史，見證貧(pin)弱到(dao)復(fu)興(xing)。從(cong)一(yi)無所有到(dao)世界第一(yi)，從(cong)時速35公(gong)里到(dao)350公(gong)里，撫(fu)今追昔(xi)，穿(chuan)越時空的對話(hua)，映照出(chu)中國“智能建(jian)造”的魅力。

【責任編輯：李(li)子紅】