北京的热闹，不止于地上都市的繁华与喧嚣，地下也同样上演着速度与激情。东六环西侧，地下25米深处，一条长145米、重4500吨的“钢铁巨龙”徐徐转动。在它前端，由上百把合金刀片组成的刀盘，如同锋利的“牙齿”，将前方的土壤缓缓“咬碎”；而在它后方，一段明亮的隧道已经成型，工人们正同步进行隧道内部结构施工，现场热火朝天……这一幕，是记者日前在北京东六环改造工程现场看到的景象。“这就是项目量身定制的国产最大直径泥水平衡盾构机——‘运河号’。别看它好像很笨重，它的掘进速度最快可达每分钟50毫米即每天12环24米，是现在同直径盾构机的最快纪录！”中交隧道局北京东六环改造工程4标项目（简称中交隧道局东六环项目）经理何剑光自豪地向记者说道。作为北京城市副中心重点工程，东六环改造工程全长约16公里，包括直接加宽段和入地改造段。其中，入地改造段以盾构隧道为主，总长约7.4公里。它是目前中国内地最大直径盾构隧道和全国大盾构连续掘进最长的隧道之一，也是北京市埋深最深的地下隧道，该项目被纳入交通运输部第一批“平安百年品质工程”示范创建项目名单。除此之外，项目还有政治要求高、安全风险高、工艺控制严等特点。打最硬的铁，须是铁打的人。作为中交一公局集团旗下以超大直径盾构隧道、轨道、城市产品为主业的全资子公司，中交隧道局成立以来，历经南京纬三路过江通道工程、和燕路过江通道南段隧道工程等大盾构工程的洗礼和磨练，树立了“中国大盾构”建设主力军的品牌形象。2019年11月，面对激烈的竞争，中交隧道局顺利中标北京东六环改造工程准备1标工程；2020年10月，中交隧道局又成功承接了东六环改造工程4标工程施工，这其中就包括入地改造段盾构隧道右线施工任务。面对早已预料并接踵而至的挑战，中交隧道局东六环项目团队沉着应对、砥砺攻坚，扫清障碍、强力推进，尤其是自2021年8月10日“运河号”开启盾构施工最关键的“地下穿越之旅”以来，项目走过了最艰难的始发试掘进阶段，并经受住了首个一级风险源的考验，截至目前，其掘进长度已达1300米。但一切只是开始，“步入正轨”的“运河号”将继续穿越道路、桥梁、铁路、河道、高压电塔、重要管线等近百个重大风险源，一步步向前，直至隧道贯通。项目名片全长16公里的东六环改造工程是《北京城市副中心控制性详细规划》中“打造缝合城市功能的创新发展轴、有效织补城市空间、解决高速公路分割城市问题”的标志性工程。其中，由中交隧道局承建的4标项目，包括入地改造段盾构隧道右线、中间竖井、接收井以及其他附属工程，布置于现六环路西侧绿化带内，全长7.4公里，是整个项目中关键控制性工程。项目自2019年11月进场，计划于2023年12月完工，合同总额28.4亿元。一是“高”，政治要求高，首都工程无小事，项目集政治性、社会性、经济性于一体，承载强大的区域功能和民生福祉；二是“长”，盾构隧道一次性连续掘进最长距离达4770米，是全国大盾构连续掘进最长的隧道之一；三是“大”，隧道设计断面直径达15.4米，采用泥水平衡盾构开挖直径达16.07米，管片厚65厘米，单片重16.9吨，在国内城市公路盾构隧道领域均属最大；四是“险”，超长超重钢筋笼吊装、超深基坑开挖、超高水头减压降水等风险均非常高，同时项目位于副中心核心地带，盾构掘进下穿众多道路、铁路、地铁、河流及地下管线，设计风险评估III级以上风险源共计115处，其中特级风险源6处；五是“严”，工艺控制严，隧道穿越富水砂层，最高水土压力达0.75兆帕，对盾构机掘进、盾尾密封等工艺要求非常高。成型隧道不渗不漏“从建设伊始，我们就在不断面对各项挑战。”何剑光感慨地说。第一道“拦路虎”就是面对隧道开挖直径达16.07米，最大埋深达75米，地下水压约0.75兆帕，且需穿越高密富水砂层和下穿众多公路、铁路、地铁、河流及地下管线等环境风险源，施工难度极大的情况下，如何做到控制地层沉降、成型隧道位移和成型隧道防水？“关键在于盾构施工的注浆工艺。”何剑光介绍，盾构施工通常采用传统单液注浆工艺，将一种浆液通过一个注浆加压单元、一条注浆管道注入目标地层，而这种工艺由于浆液凝结时间长、强度不高、填充效果欠佳等问题，容易引发地层沉降、隧道上浮、管片碎裂及渗水等安全质量问题。面对这道必须跨过的“坎”，东六环项目团队合力攻坚，力克难关。通过查阅相关施工案例并咨询专家后，项目团队结合设计大胆创新，首次在大直径盾构应用同步双液注浆工艺，即利用双液注浆快凝、早强、抗渗的特点，克服单液注浆工艺的不足。然而，同步双液注浆工艺复杂、应用难度较大，仅有少数小直径盾构工程采用过，在大直径盾构领域尚无应用案例。“没有先例，我们就做‘第一个吃螃蟹的人’！”何剑光带领团队开启了攻坚之旅。经过一番摸索，项目团队发现同步双液注浆工艺首先要解决浆液的配比问题。为了使双液注浆达到良好的效果，项目反复对双液浆进行改良，通过添加膨润土和稳定剂提升其稳定性，再调整比例试验混合浆液的性能，重点围绕3项关键指标，开展了3000多次试验，最终确定了最优配合比。采用地质雷达对同步双液注浆密实度进行检测。浆液的问题解决了，设备的问题又出现了。以往，洞内注浆的浆液大多都是采用地面设置搅拌站拌制，再通过长距离运输输送到盾构机储浆箱，不仅效率低，还导致能耗过高，若浆液采用双液浆，还存在浆液稳定性折损等质量问题。为了克服这个难题，项目团队多次邀请业内专家进行技术研讨。在一次咨询会上，何剑光提出，“能否实现在盾构隧道内部拌和浆液？”对此，部分参会人员持怀疑态度，“能不能行，得试了才知道。”何剑光并不气馁，带领团队不断进行试验研究，完善施工方案。5个月后，通过充分运用大直径盾构设备空间大的优势，项目团队开创性地将地面拌和站改移至盾构机台车上，设计出“制浆—储浆—注浆”一体化集成系统，既解决了双液浆长距离运输的难题，又满足了北京核心城区高标准的环保要求。据悉，该系统仅水平运输就节约了13.6万车公里。为了实现同步双液注浆工艺的智能化，项目团队还研究设计出一套自动化控制系统，在盾构机的尾部配置了8组内置式注浆管。同时配置冲洗管路，在注浆结束后可实现对注浆管道的自动化冲洗，并在浆液混合器前端设置了自动阀门，通过编写自动控制程序，预先设置流量、压力值等，实现操作终端智能化控制。如今，随着“运河号”盾构机平稳推进，超大直径盾构同步双液注浆工艺技术优势日趋显著，地层沉降控制在2毫米以内，隧道上浮控制由30毫米逐步保持在10毫米以内，成型隧道位移稳定在15毫米以内，渗漏水控制也达到“零渗漏”标准。同时，这项技术的应用填补了我国超大直径泥水盾构隧道同步双液注浆的空白。物料运输。要胜任东六环项目这样一项高难度工程，必须要有一把利器。“运河号”盾构机正是中国交通建设集团有限公司（简称中交集团）为此量身打造的钻地神器，其采用了自主技术和多项国产核心零部件设计制造。顺着安全梯下到25米深的始发井，再沿着已成型的隧道走上10分钟，记者便看到了横列地下的“运河号”盾构机。“它就像一列火车，车头是‘盾体’，后面长长的‘车厢’叫台车，布置主要系统和构件。‘盾体’最前端的是直径达16.07米的圆形刀盘，上面装着上百把合金刀片，掘进开挖时，刀盘转动，将前方土壤挖掘下来……”在东六环项目书记陈先虎的介绍下，记者逐渐摸清和了解了这个“大家伙”的构成和威力。刀盘下井。它有一口好“牙”。“运河号”盾构机，首次采用了中交集团自主研制的长距离掘进不换刀技术。一般情况下，在砂卵石地层超大直径盾构机平均每掘进200米需要进行刀具更换，而它可实现连续掘进4800米不换刀，远超目前国际3000米的最长距离。同时，它独有的大合金刀具分层布置设计技术，有效增加了刀具的使用寿命，极大地降低了工程风险。不仅如此，中交集团还在全球范围内首次将光纤磨损检测技术应用于盾构刀具检测上，刀盘上设计了12处可更换式磨损监测刀，实时检测刀具磨损量，与传统的开仓检查技术相比更加安全、精准、高效，与液压刀具检查技术相比更加环保、精准和能提前预防刀具异常磨损等。它有一个聪明的“大脑”，这就是一套精密的系统支持。“运河号”为泥水平衡盾构机，巨大的刀盘后面除“藏”有泥水舱、气泡舱和人舱，内部还设置了推动、注浆、拼装、泥水循环、密封五大系统。盾构机地下“埋头”掘进，如何确保不偏离线路？陈先虎带着记者来到“运河号”的核心位置——操作室，这里相当于汽车的“驾驶室”，司机通过智能化管理，实现对盾构机掘进的精准控制。透过玻璃，记者看到3名司机淡定地坐在7块监控屏前，偶尔轻拨面前的按钮，通过对讲机下达指令，操纵盾构机向前掘进。“我们通过这几十个按钮能进行液体输送、挖掘、泵运行、刀具检测、泥水设定等20余种设置。一般情况下，只要确保盾构机按设置程序掘进就行。”主司机孟佳告诉记者，东六环项目的司机团队都是由经过中交集团专业盾构机培训且合格并具备3年以上项目实操经验的成熟司机组成。除此之外，“运河号”盾构机还实现了一系列技术创新：开创性地设计了盾构“制浆—运浆—注浆”一体化集成系统，解决了双液浆长距离运输“质损、低效、高耗”难题；研发了管片智能化拼装系统，只需一个按钮就能实现管片自动运输抓举拼装；独创的泥水分层逆洗循环技术，克服了地层突变造成的管路滞排、刀盘结泥饼等一系列超大直径泥水盾构施工难题……箱涵拼装。正是有了这么多高科技的“加持”，让“运河号”有底气面对各种挑战。目前，它已经成功穿越了首个一级风险源，地层沉降控制在毫米级别，其设计之精良、操作人员技术之精湛令人叹为观止。记者了解到，为确保盾构机始终保持最好的状态，中交隧道局自开工起就精心挑选了顶尖盾构技术能手，组建东六环项目“运河能手”团队，从盾构机设计、监造，到现场组装、调试，再到始发、掘进，全程无死角管理，截至目前，“运河号”运转良好，各项参数指标均处于设计允许范围内。“我们要树立‘家装’主人翁管控意识，以对‘整洁、美观、协调’的完美追求为管控准则；要借鉴‘家装体验馆’模式，通过BIM技术模拟、标准件、首件等方法定标立法，实现质量标准化；要体悟‘家装’细节质量精神，调动全员质量管控活力，强化专员监督，做到不达标准绝不放过。”何剑光认为，要改变原有工程建设的粗放型管理，将其升级为房屋装修式的精细型管理，从“施工＋情感”“工程＋情怀”两个维度，去打造一座真正禁得起时间和人民检验的品质工程。在这种理念的引领下，项目对每一个细节都精益求精。管片是盾构隧道的重要组成部分。“每块管片厚65厘米、重16.9吨，每10片管片在盾构机的拼装下组成一个完整的圆环，这样的一环就是2米。要建成这条约7.4公里长的隧道，需要拼装3670环，共计36700块管片。”东六环项目总工吕计瑞介绍说，而要想成型隧道不渗不漏，每一片管片的生产都不容马虎。为高质量生产每一片管片，项目实行工厂集中预制生产。管片预制厂按数字化生产、精细化管理、智能化运营的标准建设和管理，并通过高质量标准化作业、智能蒸养、高精度监测、无损抽检等严格规范的举措，确保出厂的产品质量过硬。“在生产过程中，我们将数字化技术融入其中，让每一块管片拥有专属的‘身份证’。通过手机对其进行扫描，就可查看管片从生产到安装全过程的数据采集和存储信息。”吕计瑞告诉记者，针对东六环工程的重要性及特殊性，项目强化数字化质量管控，建立智慧化管理系统，赋予每个预制构件唯一“身份证”，监控生产每一个环节，并在生产过程中进行智能分析、动态管理，做到生产过程安全可视，质量可控、可追溯，实现智能化管理与控制。管片运输。记者了解到，智慧化管理为项目创建品质工程打下了坚实的基础。以管片智慧化管理系统为例，一是实现即时监测，项目采用德国VMT自动监测系统，全天候24小时对盾构隧道管片变形、盾尾间隙开展监测，确保现场施工生产安全有序；二是实现自动检测，采用随机地质雷达检测管片背后注浆状态，可实现成型隧道随时“体检”，确保隧道结构不渗不漏；三是实现智能制造，管片预制采用自主研发的预制构件智造信息管理系统，并以“六维智能”（即智能质量过程控制、智能生产资源管控、智能设备互联互通、智能大数据分析及决策支持、智能计划排产、智能生产过程协同）的高标准技术实现全过程智能化管理。基于此，截至目前，东六环项目已完成的隧道管片衬砌结构均保持了不渗不漏，管片上浮量均控制在15毫米以内。监控信息中心。安全也是创建品质工程的基石。东六环项目地处城市副中心，超大盾构施工工序多、安全风险大、安全隐患部位多，施工安全重于泰山。东六环项目在完善和做好各项安全管理措施的同时，接入了中交集团自主开发的安全风险管控系统。“该系统可实时监控中交集团内所有运行的盾构机。当施工参数出现异常时，立即推送异常信息到各级管理人员，实现盾构机远程故障诊断、远程控制和对盾构机的全生命周期管控。”吕计瑞介绍，通过风险监控及远程诊断，提升了盾构施工安全管控水平，减少了施工事故的发生。同时，为了实现安全、高质、高效作业，项目还采用BIM技术等信息化手段进行安全交底。目前，借助BIM技术，东六环项目已成功实现了16米级超大盾构始发精准定位、负环精准拼装、精准建仓、同步双液注浆等工艺施工。眼下，距离“运河号”盾构机为期两年的“地下穿越之旅”还有很长的一段路要走。道阻且长，行则将至。“我们将在中交隧道局‘城轨铁一体化、投建运全产业链发展’的战略引领下，以打造‘科技型、管理型、质量型’项目为目标，全力抓好工程建设，为助力企业建成‘品牌一流、体系完善、产品链完整、理念超前、技术先进’的现代化旗舰子公司贡献力量！”何剑光信心满满地说。
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