“京華號”盾構(gòu)機里，操作工人正在轉(zhuǎn)運隧道管片。劉福昌攝
北京東六環(huán)高速路，北通北京首都機場，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)機已成功挖出“地下版東六環(huán)”。未來，車輛行經(jīng)這里時，將從地下隧道通過，現(xiàn)有地面上的東六環(huán)主路將建設成為六環(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，記者走進北京東六環(huán)改造工程一探究竟。
建設難度高
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
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。
“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)建設公司東六環(huán)改造工程項目管理處副總經(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。”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，這也正是這項工程的主要難點之一。
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)機直徑要達到16米。這樣的直徑，國產(chǎn)盾構(gòu)機此前從未企及。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“京華號”。
通常來說，大型盾構(gòu)機重量超過3000噸，零部件超過3萬個，制造工藝復雜，涉及電氣、光學、力學、土木、機械等諸多學科。在此基礎上，較之常規(guī)的直徑盾構(gòu)機，16米級以上超大直徑盾構(gòu)機的系統(tǒng)集成更復雜、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”整整花了10個月，“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’體現(xiàn)出中國建造、中國制造的巨大進步。”
“京華號”總長150米、總重4300噸，是一個近6層樓高、7節(jié)地鐵車廂長的龐然大物。因其設備巨大、運輸難度高，項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4772米到達中間風井后，才能進行大規(guī)模檢修維保。一旦設備出現(xiàn)故障無法工作，補救成本極為高昂，甚至需要再造一臺盾構(gòu)機，從接收井重新掘進。
為此，中鐵十四局專門為“京華號”配備了強大的維保團隊。以項目總機械師王建華為領隊的“全科醫(yī)生”，每天為盾構(gòu)機“望聞問切”，保證了“京華號”掘進穩(wěn)定。整個施工周期，“京華號”設備故障率始終控制在5%以內(nèi)。
施工風險大
成功下穿車站、鐵路、地鐵、公路、河流等55處風險源，實現(xiàn)對地面建筑物“零擾動”
北京東六環(huán)改造工程對設備要求高，施工難度也高。隧道西線，最低點位于地下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處風險源，掘進風險不小。
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。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，每天通過運營列車88對，客貨車混跑，重載列車多。北京地鐵6號線則是貫穿北京中心城區(qū)、東西向運行的軌道交通干線，區(qū)間列車最高時速可達100公里。
孫長松告訴記者，作為一個總重量達4300噸的地下“巨無霸”，“京華號”的每一次開動、掘進，都有可能對地面的建筑、鐵路、河流水系造成影響。
頭頂復雜地質(zhì)和特重大風險源，“京華號”的每一步都要做到“零擾動”。經(jīng)過多番演練、摸索，團隊發(fā)現(xiàn)，得給“京華號”配上一個“金鐘罩”，才能做到地下“穿針”。
“掘進中的盾構(gòu)機并不是直線運動，而是沿隧道軸線做蛇形運動，造成管片與地層間存在環(huán)形間隙，容易造成隧道沉降，對土體造成擾動。”“京華號”盾構(gòu)機長王虎然說，因此，在掘進過程中，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，凝固時間長達8小時，不能及時有效控制管片上浮。為了確保“京華號”施工萬無一失，項目建設團隊與中國工程院錢七虎院士領銜的專家團隊通力合作，自主研發(fā)了超大直徑盾構(gòu)同步雙液注漿技術。
采用新技術后，“京華號”向前推進時，兩種漿液在盾尾后方混合，通過8個注漿口，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)形成早期強度，1小時完成凝固，讓隧道外圍快速形成“銅墻鐵壁”，為隧道管片提供更加堅固的“金鐘罩”。
2021年5月，“京華號”盾構(gòu)機開始掘進。2022年4月，“京華號”迎來全線施工最大挑戰(zhàn)：穿越京哈鐵路、副中心站兩大風險源。
“這一段工程是隧道最深區(qū)域，底部達到75米，承壓水水頭壓力達0.8兆帕，相當于一個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。
準備充分，進展順利。2022年4月25日，“京華號”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，實現(xiàn)單月最高掘進542米，創(chuàng)造了16米級超大直徑盾構(gòu)機月進尺新紀錄，實現(xiàn)對地面建筑物“零擾動”。
項目管理優(yōu)
渣土外運、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)實現(xiàn)全覆蓋
走進隧道內(nèi)部，施工現(xiàn)場干干凈凈、整齊劃一，完全刷新記者對隧道施工的認知。盾構(gòu)機開挖出來的渣土哪里去了？
原來，“京華號”創(chuàng)新配備了泥水循環(huán)系統(tǒng)。當前部的刀盤轉(zhuǎn)動“啃”土時，管道將送來泥水，沖洗被刀頭切削下來的渣土。混合渣土的泥漿再通過排漿管路運至盾構(gòu)機外，送到與掘進工地南側(cè)一街之隔的泥漿處理廠進行處理。泥漿經(jīng)過過濾沉淀，再經(jīng)管道循環(huán)至盾構(gòu)機內(nèi)重復使用。
“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)過板式壓濾機和高速離心機處理干燥后，可以即產(chǎn)即運，用于種地、栽樹、路基施工等，實現(xiàn)資源再利用。
這里還是一個“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，平臺立刻報警，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)機的推力、行程、分區(qū)壓力，管片的生產(chǎn)、運輸、拼裝等信息全都一覽無余。“系統(tǒng)可以連接手機。我們外出時，可通過手機對上萬個參數(shù)實時監(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)動聯(lián)控。如有必要，總部人員甚至可以在1000公里外遠程操控盾構(gòu)機。
2023年6月28日上午，歷經(jīng)兩年多掘進，“京華號”順利完成西線隧道掘進任務，抵達接收井，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。
項目團隊將繼續(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，最后進行強弱電、交安、消防等機電安裝施工。預計明年年底，改造工程將建成通車。
目前，“京華號”盾構(gòu)機正在拆解，將進行全面檢查、保養(yǎng)和改造，服務下一個工程。（記者 李心萍）
(責任編輯：陳冬梅)
