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“智能建造”京张高铁清华园隧道

文章来源:中国铁道建筑集团有限公司   发布时间:2020-01-21

2019年12月30日,举世瞩目的京张高铁正式开通运营。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家G8811次首列复兴号智能动车组自北京北站驶出后,迅速“钻”入地下——清华园隧道,避开地面繁忙路段。6000多米的清华园隧道倾注了中国铁建建设者们的心血和智慧,也留下一段段创新不止、奋斗不息的佳话。

突破核心技术,创新保驾护航。京张铁路和京张高铁,一字之差,超越一个世纪的奋斗,展现了中国铁路乃至中国国力的百年巨变。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家这一切靠的是不断创新,不断突破,不断飞跃。

京张高铁每一座桥梁、每一段路基、每一座隧道的建设中,都融入了创新理念,彰显了科技智能的魅力。

“风险管控”智能化

清华园隧道是京张高铁的“龙头”工程,也是全线控制性工程。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家隧道沿线管道密布,风险源众多:穿越北京高楼林立的核心区,并行地铁13号线,穿越地铁10号线、12号线、15号线;穿越6条市政主干道、88条市政管线;盾构掘进区间有3600米为复杂卵石地层。

“地质复杂,管线干扰大,整个施工就像做一台精密的手术,稍有不慎,后果不堪设想!”中国铁建所属中铁十四局项目技术负责人高始军回忆说。在城市核心区惊险穿越,在二环和五环之间,地质复杂多变,地面人流如织,地下施工必须确保安全,不能有任何闪失。

京张高铁无砟轨道铺设完毕后场景。

而隧道又是全线站前工程中进场最晚、干扰因素最大、风险等级最高、制约因素最多的关键控制性工程。“不打破常规,不独辟蹊径,如期完成隧道建设,几乎是不可能的。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家”项目负责人陈爽说。

项目进场之初,就成立科技攻关小组,联合科研院校,确定如何安全穿越“城市核心地区”的课题。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家然而,国内盾构施工没有相关经验可借鉴,面对这一空白领域,建设者经过数月的研究论证,投入力量开发可视化智慧施工系统,使施工和管理更“智慧”,隧道在极端复杂的地下环境中自由“穿越”。

www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家“这一系统包括施工参数、过程监测、地质预测等,实现全过程可视化动态管理。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家”高始军介绍。每一台盾构机都搭载了几千个传感器,都具有感知、修正和自动调节功能,设备状况、地下工作情况等数据,都直接上传到中铁十四局的全国大盾构数据指挥中心,盾构专家24小时提供远程监控和技术服务。

www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家他们研发的智能检测系统可以随时对海量数据进行处理分析,使风险始终处于可控状态,实现了全过程智能管控。www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家整个标段100余处风险源无一预警,精准穿越营运地铁线路,沉降值不到0.8毫米,几乎达到零沉降,在国内盾构施工领域首次实现了可视化风险管理,为今后城市核心区地下盾构施工积累了宝贵经验。

“预制拼装”全面升级

如何保质按期完成京张高铁全线控制性工程,是建设者面临的重要课题。

进场之初,中国国家铁路集团副总经理王同提出隧道轨下结构全预制创新理念,中铁十四局建设者勇做“吃螃蟹”第一人,联合设计方进行技术攻关。然而,做起来谈何容易!

www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家盾构隧道的轨下结构以往都是现场混凝土浇筑,一旦改成预制构件,其安全性怎么样?使用什么样的设备?怎样才能严丝合缝拼装好?一系列困难摆在建设者面前。

清华园隧道无砟轨道施工。刘福昌 摄

在摸索中,中铁十四局创新提出全预制轨下结构施工工法,研发了盾构隧道全预制拼装技术,实现隧道管片、轨下箱涵、附属沟槽全部“装配式”施工,把轨下结构由原来中间预制“口子件”+两侧现浇调整为全预制,将两侧现浇电缆槽调整为预制结构,实现了国内首次轨下结构和附属管槽全预制拼装。

www.365winner.org_【官方首页】-天天大赢家“该施工法使构件在工厂生产,构件模具复测、混凝土浇筑、蒸汽养护等工序均由计算机控制,在流水线上生产完成,构件尺寸误差由规范要求的1毫米缩减到0.5毫米以内,预制构件质量更佳。”陈爽自豪地说,混凝土养护得好,加工精度大大提高,各种原材料也容易控制,这都是创新带来的“福利”。

他们还聘请专家协助优化方案,联合设计院进行论证,最后参照盾构机的中箱涵拼装机,研发出箱涵拼装机器人,能够安全、高效、精准地将轨下箱涵构件安装到指定位置,实现了工厂化预制、装配式施工,减少了工序之间的相互干扰,彻底改变了以往隧道内交叉施工干扰,空气污浊的恶劣环境。该拼装机器人已取得专利。

用拼装机施工,两名工人一天即可拼装40米,而混凝土现浇40米,则需要10多个人一周多的时间。整个下部结构同步施工缩短工期近6个月。清华园隧道全预制轨下结构省部级施工工法正在申报。

“泥浆处理”零污染

大断面、长距离盾构隧道产生的海量渣土和废弃泥浆如何在市中心“消化”?按照单机单日掘进20米来算,一天就产生2600立方米弃渣和4000立方米废弃泥浆,而工地周围有清华大学和北京大学等6家高等院校,场地有限,对外运输困难。

弃浆必须做到零排放。为解决超细泥土颗粒的分离难题,他们引进、开发成套泥水处理设备,加强工艺研究和创新。

他们巧妙利用原清华园车站大约3万平方米的铁路临时用地,建立了沉淀池,可存放渣土2万立方米。项目部多方考证,投资600多万元,购买了4套泥水分离机,一方面把泥分离出来,生产泥饼和干渣土;一方面把泥水中的水过滤出来,可重复利用,确保了泥浆的及时处置。

他们在长期的泥水分离实验中,总结出一套由筛分、旋流、压滤、离心并辅助专用剂的方法,实现了泥水盾构固液分离,处理后的清水可进行再利用,分离出的渣土变废为宝,最高日处理废浆5000立方米,整条隧道处理废浆130万立方米,做到了零排放、零污染,达到了绿色环保施工要求。

同时,他们反复优化工艺,调整施工工序。打桩机施工全部安排在早晨6点到晚上10点之间施工,夜间混凝土浇筑,尽量减少产生震动、噪声和照明光污染等施工作业。泥水分离机是盾构机的掘进配套设备,产生的噪声较大,项目部投入百万余元,为该设备“盖房子”,用隔音板材做成专门的板房,最大限度减少噪声。

为保证管片的质量和生产进度,他们联合铁科院共同开发了“管片生产管控系统”,与西南交通大学联合成立了隧道盾构管片研发中心,在实践中研究的“脱轨式自动化流水生产线管片模具振动台”获得国家实用新型专利授权,“盾构隧道混凝土管片智能化控制机组流水生产工法”得到推广应用。

一条铁路,连接过去和未来。一段历史,见证贫弱到复兴。从一无所有到世界第一,从时速35公里到350公里,抚今追昔,穿越时空的对话,映照出中国“智能建造”的魅力。

【责任编辑:李子红】

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