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国门第一线:难点变亮点

文章来源:中国铁道建筑有限公司   发布时间:2019-07-01

6月15日,随着“白鲸号”列车缓缓驶出磁各庄站,标志着由中国铁建参与投资、建设、运营的北京轨道交通新机场线一期工程顺利通车试运行。作为新机场配套工程,轨道交通新机场线将在今年9月,与北京大兴国际机场同步投入运营。

中铁十四局北京新机场线施工现场。

被誉为“国门第一线”的北京轨道交通新机场线是国内首条时速160公里的地铁。在新机场线建设中,中国铁建所属中铁十四局承担了全线最长盾构隧道的施工任务,开挖直径9.13米,隧道设计时速达160公里,在国内地铁施工领域连续掘进最长、单线直径最大、设计时速最高。两年时间里,中铁十四局建设者积极探索新工艺、新工法、新技术,用技术创新开创了“场地仿真模拟系统”“盾构机和连续皮带双称重系统”“大尺寸竖井定点检修工法”和“双同步注浆技术”4项国内第一,实现了穿越轨道交通大兴线等特级风险工程零沉降的目标。

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。“下穿正在运营的地铁大兴线属特级风险源,大兴线每天约有300次列车通过,沉降要求控制在2毫米以内。”该项目负责人介绍。

面对极为严苛的沉降要求,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。

盾尾间隙是指盾构机尾部与管片之间的空隙,是盾构机正常掘进的一个重要参数,施工时要维持在一个合理范围内,间隙大可能导致盾构机“走偏”。“以往这个数值由人工测量,效率低,精度不高。”盾构负责人孙伟说,“为此我们联合知名大学开发了‘盾尾间隙连续测量系统’,这套系统采用电子测量的方法,实时采集识别,实现了对盾尾间隙高精度、可视化连续监测。”

测量人员正在工作。

科技攻关小组还合作开发了“盾构机和连续皮带双称重系统”,实时精确掌握掘进出土量数据,有效控制渣土超额排放;在穿越风险源时采用“双同步注浆技术”,及时填充盾构机掘进引起的地层空隙,有效解决了常规工艺带来的地层沉降问题。

“我们设立了现场全信息监控中心,作为穿越风险工程时的应急指挥中心,盾构机掘进的所有数据实时传回。”项目负责人打开手机上一款APP,“这些数据通过互联网传输到云端,工程师通过手机就可以随时了解到隧道掘进情况。”

据监测,盾构机下穿轨道交通大兴线过程中实现“零沉降”目标,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”让盾构机处于“最佳状态”

“盾构机连续穿越3.8公里无水卵石层,在国内是首例,找不到可以借鉴的经验。”孙伟说,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,他们创新采用“大尺寸竖井定点检修工法”,在盾构机前进方向上每隔700米至1300米修建1座检修井,就像马拉松比赛的“补给站”一样,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3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,仅北京地区每年就需要修建600座。”孙伟介绍,“我们在国内首次使用装配式盾构检修井,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大的借鉴意义。”

为场地运输加装“最强大脑”

盾构机掘进高峰期每天将产生约6000立方米渣土,再加上管片、粉煤灰等基本原材料,现场日均运输量达到13000吨,需要近600辆大卡车运输。该项目施工场地狭小,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,最好的办法就是对不同方案进行模拟实验,寻求最优搭配。项目施工团队找到清华大学研究市政交通的专业团队,后者通过模拟实验,指导了路网疏密、红绿灯时长等关键参数的设定,双方合作研发了国内首个“施工场地仿真模拟系统”。

中铁十四局北京新机场线施工现场,秩序井然。

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。自盾构掘进开始,施工厂区秩序井然,高峰期运转正常,完全达到了设计要求。

通过系统模拟,不仅可以实现渣土顺利外运、进场车辆排序、进出场车辆统计的预计,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”。

“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。经测算,该项目如果使用电瓶车,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。

他们想到了TBM施工及矿井作业常用的皮带机。为此,项目部组织多次实地考察并邀请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。

6月15日,北京轨道交通新机场线试运行。图为中铁十四局承建的全线最长盾构隧道。

这套系统由5条皮带机搭接组成,形成盾构隧道中独有的折返出渣工艺,通过主机皮带机、连续皮带机、转载皮带机等不同功能的组件,让渣土走上了“专用快速路”,提高了出渣效率。

“我们设置了皮带机储带库,每向前掘进300米进行1次续接皮带,盾构机推到哪里,皮带就接到哪里,运行很流畅。”孙伟介绍。

【责任编辑:王钰】

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