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高校動(dòng)態(tài) | 清華大學(xué)土木系“能源隧道”與“分布式光纖”技術(shù)助力東六環(huán)改造工程實(shí)現(xiàn)綠色創(chuàng)新

2025-04-24 3895 0

2025年4月20日,歷時(shí)五年建設(shè)的北京東六環(huán)(京哈高速-潞苑北大街)改造路段正式開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)。東六環(huán)改造工程全長(zhǎng)約16.3公里,分為地面加寬段和入地改造段,其中路基加寬段長(zhǎng)約7.1公里,隧道段長(zhǎng)約9.2公里。在隧道段中,盾構(gòu)段長(zhǎng)約7.37公里,是目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的盾構(gòu)高速公路隧道。



東六環(huán)隧道


在此次改造工程中,清華大學(xué)土木系地下工程研究所程曉輝教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“能源隧道”和“分布式光纖監(jiān)測(cè)”兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)揮了重要作用,為工程注入了綠色創(chuàng)新動(dòng)力。


能源隧道:地?zé)崂弥Α半p碳”目標(biāo)


東六環(huán)隧道段位于北京通州區(qū),平均覆土深度約20米,地質(zhì)條件為富水砂層,具有開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮艿奶烊粌?yōu)勢(shì)。清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),依托東六環(huán)改造工程隧道段開(kāi)展能源隧道關(guān)鍵技術(shù)研究,解決了傳統(tǒng)地源熱泵技術(shù)投資高、占用地下空間大、換熱效率低等難題。



能源隧道試驗(yàn)段


研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)向東六環(huán)改造工程的盾構(gòu)隧道仰拱區(qū)域布設(shè)換熱管路,將傳統(tǒng)盾構(gòu)隧道改造成能源隧道,使隧道既能承載圍巖荷載,又能提取地?zé)崮?,為建筑供暖制冷及路面融雪除冰提供清潔能源?/p>

能源盾構(gòu)隧道建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)


能源隧道提取地?zé)崮?/p>


東六環(huán)改造工程共建成約800m能源隧道,滿足東六環(huán)南管理區(qū)1226.3平方米建筑的冷熱負(fù)荷需求,同時(shí)用于東六環(huán)F6匝道約40m道路冬季融雪除冰。相比傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng),該技術(shù)節(jié)約初期投資費(fèi)用約49%,實(shí)現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。


能源隧道提取地?zé)峁┙o建筑示意


能源隧道機(jī)房


能源隧道融雪除冰段建造現(xiàn)場(chǎng)


分布式光纖監(jiān)測(cè):智能技術(shù)保障結(jié)構(gòu)安全


基于光纖的布里淵散射頻移量與光纖的應(yīng)變和環(huán)境溫度變化量成線性關(guān)系這一原理,利用光纖對(duì)結(jié)構(gòu)體應(yīng)變進(jìn)行分布式測(cè)量,具有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位連續(xù)、密集并且成本低的優(yōu)勢(shì)。

分布式光纖監(jiān)測(cè)原理


研究團(tuán)隊(duì)利用分布式光纖技術(shù)探究了圍巖荷載、溫度荷載共同作用下能源盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)與圍巖相互作用機(jī)理,研發(fā)了集成光纖傳感器的能源隧道監(jiān)測(cè)方法,并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了校核。

分布式光纖及校核傳感器布設(shè)


利用分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù),研究團(tuán)隊(duì)成功監(jiān)測(cè)了東六環(huán)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工過(guò)程中主線隧道盾構(gòu)管片及臨時(shí)鋼支撐的結(jié)構(gòu)響應(yīng),為施工安全提供了可靠保障。

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工現(xiàn)場(chǎng)


分布式光纖監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)


綠色創(chuàng)新引領(lǐng)未來(lái)


東六環(huán)改造工程是北京市重點(diǎn)交通項(xiàng)目,也是綠色技術(shù)應(yīng)用的典范。程曉輝教授團(tuán)隊(duì)的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)不僅提升了工程的科技含量,還為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和推動(dòng)智慧交通建設(shè)提供了重要參考。未來(lái),這些技術(shù)有望在全國(guó)范圍內(nèi)推廣,助力更多基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保與高效運(yùn)營(yíng)的雙重目標(biāo)。


隨著東六環(huán)改造路段的開(kāi)通,北京城市副中心的交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步完善,同時(shí)也展示了科技創(chuàng)新在重大工程中的強(qiáng)大潛力。清華大學(xué)的“能源隧道”和“分布式光纖監(jiān)測(cè)”技術(shù),正成為推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展的新引擎。


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