“十四局能打硬仗，我们放心！”日前，由中铁十四局承建的北京轨道交通新机场线7标迎来了主体结构的全面验收，来自监督、建设、设计、勘察和监理单位的代表在验收会议上对工程质量给予了高度评价。
作为新机场配套工程，轨道交通新机场线将与北京大兴国际机场同步投入运营。中铁十四局施工的隧道设计时速达160公里，在国内地铁施工领域设计时速最高、连续掘进最长、单线直径最大的控制性区段。
科技攻关穿越风险源“零沉降”
该区段穿越特级风险源1处，一级风险源35处，施工难度大，安全风险高。“下穿既有地铁大兴线U型槽段属特级风险源，处于大兴线从地面到地下的过渡段，最小垂直距离仅5米，每天约300次列车通过；同时，沉降控制要求在-3～+2毫米以内，施工要求高。”项目负责人高洪吉介绍。
面对一系列施工难题，项目部成立科技攻关小组，联合国内多所知名高校开展技术攻关，创造了多项国内第一。
盾尾间隙是指盾构机尾部与管片之间的空隙，是控制盾构正常掘进的一个重要参数，日常施工时要维持在一个合理的范围内，间隙大可能导致盾构机“不走直线”，严重时还会导致涌砂涌水等事故。“以往盾尾间隙是在掘进完成后人工测量，效率低，精度不高。”盾构经理孙伟介绍到，“对于大直径盾构来说，测量员不容易够到上部管片，测量起来就更加困难。”
他们联合知名大学开发了“盾尾间隙连续测量系统”，这套系统采用电子视觉的方法，实时采集、识别盾尾间隙并对其进行测量，实现了对盾尾间隙高精度、可视化的连续监测，保证率盾构机姿态稳定，提高了掘进精度。
他们还合作开发了“盾构机和连续皮带双称重系统”，实现对出土量连续称重偏差控制在1%以内的精度，实时掌握出土量数据，有效控制土体超排。项目部在关键风险源段采用“双同步注浆技术”，及时填充土体与盾构机主机间的空隙，有效解决了常规同步注浆前的土体损失和地层沉降。
“我们设立了现场全信息综合监控中心，作为穿越风险工程时的应急指挥中心，盾构机监控系统的所有数据实时传回中心，为施工决策提供依据。”项目负责人高洪吉打开手机上一款名为“盾构施工实时管理系统”的APP介绍到，“这些数据通过互联网传输到云端，管理人员通过手机就可以随时了解到隧道掘进情况。”
据监测，盾构机在下穿特级风险源大兴线U型槽过程中，实现“零沉降”目标，盾构机经过的60余处民房无一处开裂，顺利穿越所有风险源。
“补给站”助力盾构机 “最佳状态”
新机场线盾构隧道开挖直径9.13米，是国内单线断面最大城市轨道交通线路。“盾构机连续穿越3.8公里无水卵石层，在国内还是首例，找不到可以借鉴的经验。”盾构经理孙伟介绍到，该地层粗砂含量高达60%，盾构机刀具磨损极其严重。
为了不影响施工进度，他们借鉴方程式赛车固定圈数检修的做法，创新采用“大尺寸竖井定点检修工法”。在国内首次使用“装配式盾构检修井技术”，在盾构机前进方向上每隔700至1300米修建一座检修井，主动对盾构机刀盘进行维护，确保盾构机始终处于“最佳状态”。
他们修建的检修井截面达到24平方米，是一般检修井的6倍，可以满足三条刀臂同时检修，使换刀作业效率更高，盾构机停机维护时间更少。
“盾构检修井市场需求量大，据统计仅北京地区每年需要修建600座。”孙伟介绍到，“我们采用的拼装式检修井与传统施工相比减少了污染，不产生建筑垃圾，只需开挖、拼装两个步骤循环即可快速成井，工期仅为传统方法的三分之一左右，工程造价仅为传统方法的三分之二，拼装结构还可以重复利用，对今后类似工程施工有很强的借鉴意义。”
为场地运输加装“最强大脑”
开工前，他们通过计算得出，盾构机高峰期掘进将产生约每天6000立方米渣土，再加上管片、粉煤灰等基本原材料，施工现场能达到每天13000吨的运输量，需要近600辆大卡车运输。
“大部分城市地铁，盾构直径6米多，出渣量没这么大，工期也没这么紧。”项目技术负责人赵树才介绍到，“这个项目施工场地狭小，大型车辆多，如果场地布置不合理，势必造成场内交通拥堵，影响施工进度。”
然而什么样的场地布置才能满足需求，谁心里也没底，最好的办法就是对预想场布进行数学建模，在不同的设定条件下进行仿真模拟运算，以寻求最优方案。此时，清华大学的一个市政交通专业团队走进了新机场线施工团队的视线，“他们在市政路网方案规划中有经验，实现了通过模拟来指导路网疏密、红绿灯时长等关键参数的设定。”赵树才介绍到，他们强强联合，研发了国内首个“施工场地仿真模拟系统”。
经过计算机不断模拟，他们创造性地构建了架空桥面系统，即在基坑上方架设临时桥面，增加了场区主干道路，使狭小的施工现场形成立体交通体系，充分利用了既有场地。这一革新还提高了管片、渣土储存能力30%以上。
根据模拟系统提供的数据，项目施工团队建起了较为优化的场地布置。自盾构机掘进起，施工厂区秩序井然，高峰期运转正常，完全达到了设计要求。
通过软件运行，不仅可以实现渣土顺利外运、进场车辆排序、进出场车辆统计的模拟，还可以对掘进速度、装卸车速度、洗车速度等参数提供指导意见，给施工场地装上了“最强大脑”。
“通过计算机模拟检验场地布置方案，使很多复杂情况可以超前筹划，避免在施工中措手不及，是一次很成功的尝试。”项目负责人高洪吉说。
借鉴“他山之石”解决运渣难题
盾构法隧道施工过程中会产生大量渣土，如何外运是业界难题。在一般地铁施工中，出渣要依靠有轨电瓶车，在盾构机处装满渣土，再运送至隧道口吊出地面倾倒。这种常规做法会制约盾构掘进施工效率，也存在较大施工风险。经测算，该项目双线总长7.6公里，盾构机掘进将产生渣土120万立方米，如果使用电瓶车，则单次作业循环至少45分钟以上，全程共需5万多次危险吊装作业，频繁的运输和吊装不但效率低，而且设备损耗大。
他们又一次进行技术攻关。盾构经理孙伟想到了TBM及煤矿中常用的皮带机。为此，项目部组织多次实地考察并邀请了公司及国内专家多次论证，最终研制成功“盾构机连续皮带出渣系统”，并首次运用于北京地铁施工领域。
这套系统由五条皮带机搭接组成，形成隧道盾构系统中独有的折返出渣工艺，通过主机皮带机、连续皮带机、转载皮带机、折返皮带机、移动布料皮带机等不同功能的组件，实现从渣土从掌子面到渣土池均匀分布的全过程。
“我们设置了皮带机储带库，每向前掘进300米进行一次续接皮带，盾构机推到哪里，皮带就接到哪里。”孙伟介绍，“除此之外，我们还采用变频恒扭矩自动张紧系统、用于在隧道壁架设机身的三角支撑架等，皮带机运行很流畅。”
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