探访“京华号”

  夏末秋初，记者走进北京城市副中心，由中铁十四局集团承建的北京东六环改造工程正如火如荼地推进。

  “环路将被引入地下，原有道路成为‘高线公园’，不仅给市民带来绿色空间，还能有效缓解交通拥堵，整合城市空间环境。”中铁十四局集团副总经理姜伟介绍。

  如何“引入地下”，腾出空间？记者来到东六环改造工程第5标段，一探究竟。

完美盾构：实现工程设计“个性化”

  “这条盾构隧道长7336米、直径15.4米，是我国北方直径最大的盾构隧道。”中铁十四局大盾构公司总经理陈鹏介绍，隧道采用最大开挖直径16.07米的国产泥水平衡盾构机进行施工。

  陈鹏提到的盾构机，就是大名鼎鼎的被誉为“地下蛟龙”的国之重器——“京华号”。（参见本报2021年11月1日一版《钢铁穿山甲：国产最大直径盾构机“京华号”》）

  自2019年12月开工以来，东六环改造工程已累计取得5个全国纪录：7个半月完成始发井主体结构全部封顶、6个半月完成16米级超大直径盾构机工厂组装、60天完成盾构机整体组装调试、两个半月完成110KV临时变电站建设并顺利通电、“京华号”盾构机单月掘进进尺达542米。

  成绩的取得来之不易。“东六环改造工程面临开挖断面大、地上风险源密集、地下空间环境复杂、长距离穿越富水高密砂层等多项施工重难点。”中铁十四局集团北京东六环改造工程项目负责人孙旭涛说。

  “京华号”作为大盾构，并非同型号批量生产，而是根据实际情况一隧一机、量身定制设计而成。

  “一台完美的盾构机，必须根据地下工程的特殊地质条件而定制，必须有成熟的施工掘进技术与之配套，必须由具有丰富经验的专业化团队来操控。只有这样，才能圆满完成地下工程的掘进施工任务。”国家最高科学技术奖获得者、中国工程院院士钱七虎说。

  “为了保证盾构机的掘进精度，我必须时刻控制参数变化，我的每一步操作都将引起盾构机的姿态变化，影响成型隧道中线与设计轴线的吻合度，如果参数稍有异常，将会导致地面隆起或沉降等后果，再严重很可能会造成隧道施工前功尽弃。”“京华号”机长王虎然对此深有感触。

  为实现完美盾构，每天在井下工作的12个小时里，王虎然都要保证这个五层楼高的“庞然大物”按照规定线路稳步行驶，盾构姿态上下左右的偏差必须保持在正负20毫米之间。

技术突破：为隧道管片打造“金钟罩”

  “京华号”不断向前掘进，如何有效控制地面沉降，保证隧道全线不渗不漏？掘进过程中刀具损坏怎么办，如何实现快速安全换刀？

  “地面沉降始终控制在3毫米内”，穿梭在宽敞整洁而又略显闷热的隧洞里，姜伟反复跟记者强调这一点，话语中难掩自豪。“目前，‘京华号’盾构机已掘进4758米，管片上浮不超过10毫米。”已经是第三次参与大盾构项目的90后盾构经理孙长松认为，“这要归功于在东六环改造工程中，首次投入应用的超大直径泥水盾构同步双液注浆技术。”通过这一创新技术，“京华号”实现了地面沉降的毫米级控制，确保了盾构施工对地面既有建筑的零扰动。

  历时3年研发成功的同步双液注浆技术，填补了我国超大直径泥水盾构隧道同步双液注浆的空白。据悉，研发团队围绕多个难题进行技术攻关，通过缩短浆体凝固时间来获得早期强度，为隧道管片打造了强大坚固的“金钟罩”，从根本上解决了大直径盾构隧道上浮、地层沉降等难题。“浆液固结时间从8小时缩短到1小时以内，能够快速达到有效强度，形成对隧道的加固、地层的支撑。”现场技术研究人员舒计城博士告诉记者。

  在盾构机掘进中，刀具损坏怎么办？传统的方式是带压换刀，耗时长、费用高、效率低，还存在安全风险。从南京长江隧道工程开始，中铁十四局的施工团队就下定决心：必须搞成常压换刀技术！最终，经过团队的不懈努力，不仅成功实现常压换刀作业，还创新研发出10米级盾构刀盘“小空间常压换刀”，攻克了世界性技术难题。到如今，“京华号”配备的已是第四代常压换刀技术。

  从带压到常压，从第一代到第四代，这一从实践中反馈研发、不断提升的换刀技术，早已成为大盾构研制的常规选项。正如陈鹏所说：“我国盾构施工市场需求大，遇到的地质种类多，所以才能持续反馈，推动盾构机自主研发快速迭代升级。”

绿色施工：实现泥浆循环“零污染”

  记者在施工现场发现，除了机器的轰鸣声，印象中工地上尘土飞扬、杂乱无章的景象并没有出现，地面干净整洁，现场井然有序。这令记者很是好奇：盾构机挖出来的渣土去哪儿了？

  “盾构机刀盘‘吃’掉的土，通过排浆管路被运到工地附近的泥浆处理厂，经过四级过滤沉淀，达标的泥浆再循环至盾构机，剩余渣土则用于种地、栽树、路基施工等，实现资源循环利用。”负责盾构机泥水处理工作的赵德岩告诉记者。

  据介绍，由中铁十四局集团大盾构公司自主研发的大型环保泥水处理系统及工程泥浆零排放技术，成功解决了泥水盾构施工中泥浆处理及净化循环再利用问题，先后用于包括北京东六环改造工程在内的多个项目。

  中铁十四局集团还与高校合作研发了综合能源智能监测终端、综合能源管控系统等新设备新系统，助力盾构低碳化施工。“北京东六环改造工程现场用电设备达数千个，只有解决‘跑冒滴漏’，才能减少不必要的能源消耗。”东六环改造工程项目调度长张建说。

  （本报记者 肖人夫 张青 闫槿 李菲）