国内最长盾构高速隧道首段贯通,中铁14局大盾构北京东六环

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“京华号”盾构机里，操作工人正在转运隧道管片。刘福昌摄
北京东六环高速路，北通北京首都机场，南接京哈高速、京津高速，每天车流如织。
恐怕很少人知道，过去两年间，就在这条路的正下方，国产最大直径盾构机已成功挖出“地下版东六环” 。未来，车辆行经这里时，将从地下隧道通过，现有地面上的东六环主路将建设成为六环公园，并改造成慢行系统，成为周边居民散步骑行的好去处。
建设难度高
7.4公里长的入地段隧道分为3层，根据工程量身定制总长150米、总重4300吨的盾构机
来到北京市通州区潞苑二街北侧，从始发井坐电梯往下，一个6层楼高、3车道宽的大洞赫然出现在采访人员眼前。这里是“地下版东六环”西线隧道的起点。
“为什么要把东六环‘搬到地下’？”采访人员抛出疑问。指着隧道墙上的地图，首发建设公司东六环改造工程项目管理处副总经理柴东然介绍：“东六环路基高26米，目前两侧往来只靠几处钻桥。它就像一堵墙横在北京城市副中心，把城市分成东西两片，影响了城市发展建设。”北京东六环改造工程，就是要把六环路“搬到地下”，打通地面空间，把绿地还给市民，以解决城市发展空间受限难题。
整个改造工程，南起京哈高速，北至潞苑北大街，全长16公里，其中约7.4公里入地段需采用盾构法施工，这也正是这项工程的主要难点之一。
据介绍，改造工程隧道采用分离式双洞布置，每洞布置3条车道，分为3层。其中，上层为排烟通道，中间层为行车通道，下层空间为疏散救援专用通道及管线廊道。这意味着，盾构机直径要达到16米。这样的直径，国产盾构机此前从未企及。为此，中铁十四局联合铁建重工为西线工程量身定制了国产最大直径盾构机“京华号” 。
通常来说，大型盾构机重量超过3000吨，零部件超过3万个，制造工艺复杂，涉及电气、光学、力学、土木、机械等诸多学科。在此基础上，较之常规的直径盾构机，16米级以上超大直径盾构机的系统集成更复杂、加工制造更困难。
中铁十四局北京东六环改造工程五标盾构经理孙长松告诉采访人员，从研发、制造到下线，“京华号”整整花了10个月， “从以前有什么装备干什么活，到根据工程量身定制装备，‘京华号’体现出中国建造、中国制造的巨大进步。”
“京华号”总长150米、总重4300吨，是一个近6层楼高、7节地铁车厢长的庞然大物。因其设备巨大、运输难度高，项目人员难以在地下为它大规模更换核心部件。7.4公里的隧道，只有掘进4772米到达中间风井后，才能进行大规模检修维保。一旦设备出现故障无法工作，补救成本极为高昂，甚至需要再造一台盾构机，从接收井重新掘进。
为此，中铁十四局专门为“京华号”配备了强大的维保团队。以项目总机械师王建华为领队的“全科医生”，每天为盾构机“望闻问切”，保证了“京华号”掘进稳定。整个施工周期，“京华号”设备故障率始终控制在5%以内。
施工风险大
成功下穿车站、铁路、地铁、公路、河流等55处风险源，实现对地面建筑物“零扰动”
北京东六环改造工程对设备要求高，施工难度也高。隧道西线，最低点位于地下75米，需长距离穿越高致密富水砂层，先后下穿车站、铁路、地铁、公路、河流等55处风险源，掘进风险不小。
最大的挑战，来自与北京城市副中心站综合交通枢纽（以下简称“副中心站”）的交会。根据规划，北京东六环改造工程和北京副中心站交叉汇集施工，副中心站基坑的抗拔桩基深入基坑底部20米，与隧道顶部的最小净距仅为3米。
再者，隧道施工还要下穿京哈铁路和北京地铁6号线。京哈铁路是全国交通最繁忙的铁路干线之一，每天通过运营列车88对，客货车混跑，重载列车多。北京地铁6号线则是贯穿北京中心城区、东西向运行的轨道交通干线，区间列车最高时速可达100公里。
孙长松告诉采访人员，作为一个总重量达4300吨的地下“巨无霸”，“京华号”的每一次开动、掘进，都有可能对地面的建筑、铁路、河流水系造成影响。
头顶复杂地质和特重大风险源，“京华号”的每一步都要做到“零扰动” 。经过多番演练、摸索，团队发现，得给“京华号”配上一个“金钟罩”，才能做到地下“穿针” 。
“掘进中的盾构机并不是直线运动，而是沿隧道轴线做蛇形运动，造成管片与地层间存在环形间隙，容易造成隧道沉降，对土体造成扰动。”“京华号”盾构机长王虎然说，因此，在掘进过程中，要以最快速度在管片与地层间注入足量的浆液材料充填空隙。
然而，常规盾构隧道施工同步注浆采用的是水泥单液浆，凝固时间长达8小时，不能及时有效控制管片上浮。为了确保“京华号”施工万无一失，项目建设团队与中国工程院钱七虎院士领衔的专家团队通力合作，自主研发了超大直径盾构同步双液注浆技术。
采用新技术后，“京华号”向前推进时，两种浆液在盾尾后方混合，通过8个注浆口，快速注入管片壁后的环形间隙，仅10多秒就能变成胶凝状，并在30分钟内形成早期强度，1小时完成凝固，让隧道外围快速形成“铜墙铁壁”，为隧道管片提供更加坚固的“金钟罩” 。
【国内最长盾构高速隧道首段贯通,中铁14局大盾构北京东六环】2021年5月， “京华号”盾构机开始掘进。2022年4月，“京华号”迎来全线施工最大挑战：穿越京哈铁路、副中心站两大风险源。
“这一段工程是隧道最深区域，底部达到75米，承压水水头压力达0.8兆帕，相当于一个指甲盖的面积要承受8公斤压力。”王虎然介绍，在总长207米的穿越区间，盾构机处于爬坡状态，覆土厚度从58米突然变到23米，这在行业内几乎闻所未闻。
准备充分，进展顺利。2022年4月25日， “京华号”顺利穿越京哈铁路、副中心站。207米的穿越区间，沉降始终控制在3毫米内，管片上浮不超过10毫米。同时，实现单月最高掘进542米，创造了16米级超大直径盾构机月进尺新纪录，实现对地面建筑物“零扰动” 。
项目管理优
渣土外运、循环利用，智能监控、大数据、物联网、智慧管理系统实现全覆盖
走进隧道内部，施工现场干干净净、整齐划一，完全刷新采访人员对隧道施工的认知。盾构机开挖出来的渣土哪里去了？
原来，“京华号”创新配备了泥水循环系统。当前部的刀盘转动“啃”土时，管道将送来泥水，冲洗被刀头切削下来的渣土。混合渣土的泥浆再通过排浆管路运至盾构机外，送到与掘进工地南侧一街之隔的泥浆处理厂进行处理。泥浆经过过滤沉淀，再经管道循环至盾构机内重复使用。
“分离后的渣土也可循环利用。”孙长松介绍，渣土从泥浆中分离后，经过板式压滤机和高速离心机处理干燥后，可以即产即运，用于种地、栽树、路基施工等，实现资源再利用。
这里还是一个“智慧工地” 。智能监控、大数据、物联网、智慧管理系统实现了全覆盖，只要有安全问题、参数异常、环保隐患，平台立刻报警，让隐患无处遁形。
来到改造工程安全质量监控中心，大屏幕上，盾构机的推力、行程、分区压力，管片的生产、运输、拼装等信息全都一览无余。“系统可以连接手机。我们外出时，可通过手机对上万个参数实时监管。”孙长松说。
不仅如此，安全质量监控中心还与位于南京的中铁十四局大盾构公司总部盾构智慧管控中心联动联控。如有必要，总部人员甚至可以在1000公里外远程操控盾构机。
2023年6月28日上午，历经两年多掘进，“京华号”顺利完成西线隧道掘进任务，抵达接收井，这也意味着国内最长盾构高速公路隧道西线贯通。“这条隧道的贯通，意味着我国超大直径盾构全产业链发展站上了新台阶，为解决城市发展空间受阻难题提供了新路径。”中铁十四局党委书记、董事长吴言坤说。
项目团队将继续开展隧道内剩余现浇混凝土结构施工、装饰装修、路面找平层及沥青层施工，最后进行强弱电、交安、消防等机电安装施工。预计明年年底，改造工程将建成通车。
目前，“京华号”盾构机正在拆解，将进行全面检查、保养和改造，服务下一个工程。