2019年12月30日，举世瞩目的京张高铁正式开通运营。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。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。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。”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。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”。

“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。”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。

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。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！

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。

“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】