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　　“十四局能打硬仗，我們放心！”日前，由中鐵十四局承建的北京軌道交通新機(jī)場線7標(biāo)迎來了主體結(jié)構(gòu)的全面驗(yàn)收，來自監(jiān)督、建設(shè)、設(shè)計(jì)、勘察和監(jiān)理單位的代表在驗(yàn)收會議上對工程質(zhì)量給予了高度評價。

　　作為新機(jī)場配套工程，軌道交通新機(jī)場線將與北京大興國際機(jī)場同步投入運(yùn)營。中鐵十四局施工的隧道設(shè)計(jì)時速達(dá)160公里，在國內(nèi)地鐵施工領(lǐng)域設(shè)計(jì)時速最高、連續(xù)掘進(jìn)最長、單線直徑最大的控制性區(qū)段。

　　科技攻關(guān)穿越風(fēng)險源“零沉降”

　　該區(qū)段穿越特級風(fēng)險源1處，一級風(fēng)險源35處，施工難度大，安全風(fēng)險高。“下穿既有地鐵大興線U型槽段屬特級風(fēng)險源，處于大興線從地面到地下的過渡段，最小垂直距離僅5米，每天約300次列車通過；同時，沉降控制要求在-3～+2毫米以內(nèi)，施工要求高。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人高洪吉介紹。

　　面對一系列施工難題，項(xiàng)目部成立科技攻關(guān)小組，聯(lián)合國內(nèi)多所知名高校開展技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)造了多項(xiàng)國內(nèi)第一。

　　盾尾間隙是指盾構(gòu)機(jī)尾部與管片之間的空隙，是控制盾構(gòu)正常掘進(jìn)的一個重要參數(shù)，日常施工時要維持在一個合理的范圍內(nèi)，間隙大可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)“不走直線”，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致涌砂涌水等事故。“以往盾尾間隙是在掘進(jìn)完成后人工測量，效率低，精度不高。”盾構(gòu)經(jīng)理孫偉介紹到，“對于大直徑盾構(gòu)來說，測量員不容易夠到上部管片，測量起來就更加困難。”

　　他們聯(lián)合知名大學(xué)開發(fā)了“盾尾間隙連續(xù)測量系統(tǒng)”，這套系統(tǒng)采用電子視覺的方法，實(shí)時采集、識別盾尾間隙并對其進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)了對盾尾間隙高精度、可視化的連續(xù)監(jiān)測，保證率盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定，提高了掘進(jìn)精度。

　　他們還合作開發(fā)了“盾構(gòu)機(jī)和連續(xù)皮帶雙稱重系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)對出土量連續(xù)稱重偏差控制在1%以內(nèi)的精度，實(shí)時掌握出土量數(shù)據(jù)，有效控制土體超排。項(xiàng)目部在關(guān)鍵風(fēng)險源段采用“雙同步注漿技術(shù)”，及時填充土體與盾構(gòu)機(jī)主機(jī)間的空隙，有效解決了常規(guī)同步注漿前的土體損失和地層沉降。

　　“我們設(shè)立了現(xiàn)場全信息綜合監(jiān)控中心，作為穿越風(fēng)險工程時的應(yīng)急指揮中心，盾構(gòu)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)實(shí)時傳回中心，為施工決策提供依據(jù)。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人高洪吉打開手機(jī)上一款名為“盾構(gòu)施工實(shí)時管理系統(tǒng)”的APP介紹到，“這些數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)皆贫?，管理人員通過手機(jī)就可以隨時了解到隧道掘進(jìn)情況。”

　　據(jù)監(jiān)測，盾構(gòu)機(jī)在下穿特級風(fēng)險源大興線U型槽過程中，實(shí)現(xiàn)“零沉降”目標(biāo)，盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過的60余處民房無一處開裂，順利穿越所有風(fēng)險源。

　　“補(bǔ)給站”助力盾構(gòu)機(jī) “最佳狀態(tài)”

　　新機(jī)場線盾構(gòu)隧道開挖直徑9.13米，是國內(nèi)單線斷面最大城市軌道交通線路。“盾構(gòu)機(jī)連續(xù)穿越3.8公里無水卵石層，在國內(nèi)還是首例，找不到可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。”盾構(gòu)經(jīng)理孫偉介紹到，該地層粗砂含量高達(dá)60%，盾構(gòu)機(jī)刀具磨損極其嚴(yán)重。

　　為了不影響施工進(jìn)度，他們借鑒方程式賽車固定圈數(shù)檢修的做法，創(chuàng)新采用“大尺寸豎井定點(diǎn)檢修工法”。在國內(nèi)首次使用“裝配式盾構(gòu)檢修井技術(shù)”，在盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向上每隔700至1300米修建一座檢修井，主動對盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)行維護(hù)，確保盾構(gòu)機(jī)始終處于“最佳狀態(tài)”。

　　他們修建的檢修井截面達(dá)到24平方米，是一般檢修井的6倍，可以滿足三條刀臂同時檢修，使換刀作業(yè)效率更高，盾構(gòu)機(jī)停機(jī)維護(hù)時間更少。

　　“盾構(gòu)檢修井市場需求量大，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅北京地區(qū)每年需要修建600座。”孫偉介紹到，“我們采用的拼裝式檢修井與傳統(tǒng)施工相比減少了污染，不產(chǎn)生建筑垃圾，只需開挖、拼裝兩個步驟循環(huán)即可快速成井，工期僅為傳統(tǒng)方法的三分之一左右，工程造價僅為傳統(tǒng)方法的三分之二，拼裝結(jié)構(gòu)還可以重復(fù)利用，對今后類似工程施工有很強(qiáng)的借鑒意義。”

　　為場地運(yùn)輸加裝“最強(qiáng)大腦”

　　開工前，他們通過計(jì)算得出，盾構(gòu)機(jī)高峰期掘進(jìn)將產(chǎn)生約每天6000立方米渣土，再加上管片、粉煤灰等基本原材料，施工現(xiàn)場能達(dá)到每天13000噸的運(yùn)輸量，需要近600輛大卡車運(yùn)輸。

　　“大部分城市地鐵，盾構(gòu)直徑6米多，出渣量沒這么大，工期也沒這么緊。”項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人趙樹才介紹到，“這個項(xiàng)目施工場地狹小，大型車輛多，如果場地布置不合理，勢必造成場內(nèi)交通擁堵，影響施工進(jìn)度。”

　　然而什么樣的場地布置才能滿足需求，誰心里也沒底，最好的辦法就是對預(yù)想場布進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，在不同的設(shè)定條件下進(jìn)行仿真模擬運(yùn)算，以尋求最優(yōu)方案。此時，清華大學(xué)的一個市政交通專業(yè)團(tuán)隊(duì)走進(jìn)了新機(jī)場線施工團(tuán)隊(duì)的視線，“他們在市政路網(wǎng)方案規(guī)劃中有經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了通過模擬來指導(dǎo)路網(wǎng)疏密、紅綠燈時長等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定。”趙樹才介紹到，他們強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，研發(fā)了國內(nèi)首個“施工場地仿真模擬系統(tǒng)”。

　　經(jīng)過計(jì)算機(jī)不斷模擬，他們創(chuàng)造性地構(gòu)建了架空橋面系統(tǒng)，即在基坑上方架設(shè)臨時橋面，增加了場區(qū)主干道路，使狹小的施工現(xiàn)場形成立體交通體系，充分利用了既有場地。這一革新還提高了管片、渣土儲存能力30%以上。

　　根據(jù)模擬系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)建起了較為優(yōu)化的場地布置。自盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)起，施工廠區(qū)秩序井然，高峰期運(yùn)轉(zhuǎn)正常，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

　　通過軟件運(yùn)行，不僅可以實(shí)現(xiàn)渣土順利外運(yùn)、進(jìn)場車輛排序、進(jìn)出場車輛統(tǒng)計(jì)的模擬，還可以對掘進(jìn)速度、裝卸車速度、洗車速度等參數(shù)提供指導(dǎo)意見，給施工場地裝上了“最強(qiáng)大腦”。

　　“通過計(jì)算機(jī)模擬檢驗(yàn)場地布置方案，使很多復(fù)雜情況可以超前籌劃，避免在施工中措手不及，是一次很成功的嘗試。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人高洪吉說。

　　借鑒“他山之石”解決運(yùn)渣難題

　　盾構(gòu)法隧道施工過程中會產(chǎn)生大量渣土，如何外運(yùn)是業(yè)界難題。在一般地鐵施工中，出渣要依靠有軌電瓶車，在盾構(gòu)機(jī)處裝滿渣土，再運(yùn)送至隧道口吊出地面傾倒。這種常規(guī)做法會制約盾構(gòu)掘進(jìn)施工效率，也存在較大施工風(fēng)險。經(jīng)測算，該項(xiàng)目雙線總長7.6公里，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)將產(chǎn)生渣土120萬立方米，如果使用電瓶車，則單次作業(yè)循環(huán)至少45分鐘以上，全程共需5萬多次危險吊裝作業(yè)，頻繁的運(yùn)輸和吊裝不但效率低，而且設(shè)備損耗大。

　　他們又一次進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。盾構(gòu)經(jīng)理孫偉想到了TBM及煤礦中常用的皮帶機(jī)。為此，項(xiàng)目部組織多次實(shí)地考察并邀請了公司及國內(nèi)專家多次論證，最終研制成功“盾構(gòu)機(jī)連續(xù)皮帶出渣系統(tǒng)”，并首次運(yùn)用于北京地鐵施工領(lǐng)域。

　　這套系統(tǒng)由五條皮帶機(jī)搭接組成，形成隧道盾構(gòu)系統(tǒng)中獨(dú)有的折返出渣工藝，通過主機(jī)皮帶機(jī)、連續(xù)皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)、折返皮帶機(jī)、移動布料皮帶機(jī)等不同功能的組件，實(shí)現(xiàn)從渣土從掌子面到渣土池均勻分布的全過程。

　　“我們設(shè)置了皮帶機(jī)儲帶庫，每向前掘進(jìn)300米進(jìn)行一次續(xù)接皮帶，盾構(gòu)機(jī)推到哪里，皮帶就接到哪里。”孫偉介紹，“除此之外，我們還采用變頻恒扭矩自動張緊系統(tǒng)、用于在隧道壁架設(shè)機(jī)身的三角支撐架等，皮帶機(jī)運(yùn)行很流暢。”