“京華號”盾構機里，操作工人正在轉運隧道管片。劉福昌攝
北京東六環高速路，北通北京首都機場，南接京哈高速、京津高速，每天車流如織。
恐怕很少人知道，過去兩年間，就在這條路的正下方，國產最大直徑盾構機已成功挖出“地下版東六環”。未來，車輛行經這里時，將從地下隧道通過，現有地面上的東六環主路將建設成為六環公園，并改造成慢行系統，成為周邊居民散步騎行的好去處。
“地下版東六環”如何建成？日前，記者走進北京東六環改造工程一探究竟。
建設難度高
7.4公里長的入地段隧道分為3層，根據工程量身定制總長150米、總重4300噸的盾構機
來到北京市通州區潞苑二街北側，從始發井坐電梯往下，一個6層樓高、3車道寬的大洞赫然出現在記者眼前。這里是“地下版東六環”西線隧道的起點。
“為什么要把東六環‘搬到地下’？”記者拋出疑問。指著隧道墻上的地圖，首發建設公司東六環改造工程項目管理處副總經理柴東然介紹：“東六環路基高26米，目前兩側往來只靠幾處鉆橋。它就像一堵墻橫在北京城市副中心，把城市分成東西兩片，影響了城市發展建設。”北京東六環改造工程，就是要把六環路“搬到地下”，打通地面空間，把綠地還給市民，以解決城市發展空間受限難題。
整個改造工程，南起京哈高速，北至潞苑北大街，全長16公里，其中約7.4公里入地段需采用盾構法施工，這也正是這項工程的主要難點之一。
據介紹，改造工程隧道采用分離式雙洞布置，每洞布置3條車道，分為3層。其中，上層為排煙通道，中間層為行車通道，下層空間為疏散救援專用通道及管線廊道。這意味著，盾構機直徑要達到16米。這樣的直徑，國產盾構機此前從未企及。為此，中鐵十四局聯合鐵建重工為西線工程量身定制了國產最大直徑盾構機“京華號”。
通常來說，大型盾構機重量超過3000噸，零部件超過3萬個，制造工藝復雜，涉及電氣、光學、力學、土木、機械等諸多學科。在此基礎上，較之常規的直徑盾構機，16米級以上超大直徑盾構機的系統集成更復雜、加工制造更困難。
中鐵十四局北京東六環改造工程五標盾構經理孫長松告訴記者，從研發、制造到下線，“京華號”整整花了10個月，“從以前有什么裝備干什么活，到根據工程量身定制裝備，‘京華號’體現出中國建造、中國制造的巨大進步。”
“京華號”總長150米、總重4300噸，是一個近6層樓高、7節地鐵車廂長的龐然大物。因其設備巨大、運輸難度高，項目人員難以在地下為它大規模更換核心部件。7.4公里的隧道，只有掘進4772米到達中間風井后，才能進行大規模檢修維保。一旦設備出現故障無法工作，補救成本極為高昂，甚至需要再造一臺盾構機，從接收井重新掘進。
為此，中鐵十四局專門為“京華號”配備了強大的維保團隊。以項目總機械師王建華為領隊的“全科醫生”，每天為盾構機“望聞問切”，保證了“京華號”掘進穩定。整個施工周期，“京華號”設備故障率始終控制在5%以內。
施工風險大
成功下穿車站、鐵路、地鐵、公路、河流等55處風險源，實現對地面建筑物“零擾動”
北京東六環改造工程對設備要求高，施工難度也高。隧道西線，最低點位于地下75米，需長距離穿越高致密富水砂層，先后下穿車站、鐵路、地鐵、公路、河流等55處風險源，掘進風險不小。
最大的挑戰，來自與北京城市副中心站綜合交通樞紐（以下簡稱“副中心站”）的交會。根據規劃，北京東六環改造工程和北京副中心站交叉匯集施工，副中心站基坑的抗拔樁基深入基坑底部20米，與隧道頂部的最小凈距僅為3米。
再者，隧道施工還要下穿京哈鐵路和北京地鐵6號線。京哈鐵路是全國交通最繁忙的鐵路干線之一，每天通過運營列車88對，客貨車混跑，重載列車多。北京地鐵6號線則是貫穿北京中心城區、東西向運行的軌道交通干線，區間列車最高時速可達100公里。
孫長松告訴記者，作為一個總重量達4300噸的地下“巨無霸”，“京華號”的每一次開動、掘進，都有可能對地面的建筑、鐵路、河流水系造成影響。
頭頂復雜地質和特重大風險源，“京華號”的每一步都要做到“零擾動”。經過多番演練、摸索，團隊發現，得給“京華號”配上一個“金鐘罩”，才能做到地下“穿針”。
“掘進中的盾構機并不是直線運動，而是沿隧道軸線做蛇形運動，造成管片與地層間存在環形間隙，容易造成隧道沉降，對土體造成擾動。”“京華號”盾構機長王虎然說，因此，在掘進過程中，要以最快速度在管片與地層間注入足量的漿液材料充填空隙。
然而，常規盾構隧道施工同步注漿采用的是水泥單液漿，凝固時間長達8小時，不能及時有效控制管片上浮。為了確保“京華號”施工萬無一失，項目建設團隊與中國工程院錢七虎院士領銜的專家團隊通力合作，自主研發了超大直徑盾構同步雙液注漿技術。
采用新技術后，“京華號”向前推進時，兩種漿液在盾尾后方混合，通過8個注漿口，快速注入管片壁后的環形間隙，僅10多秒就能變成膠凝狀，并在30分鐘內形成早期強度，1小時完成凝固，讓隧道外圍快速形成“銅墻鐵壁”，為隧道管片提供更加堅固的“金鐘罩”。
2021年5月，“京華號”盾構機開始掘進。2022年4月，“京華號”迎來全線施工最大挑戰：穿越京哈鐵路、副中心站兩大風險源。
“這一段工程是隧道最深區域，底部達到75米，承壓水水頭壓力達0.8兆帕，相當于一個指甲蓋的面積要承受8公斤壓力。”王虎然介紹，在總長207米的穿越區間，盾構機處于爬坡狀態，覆土厚度從58米突然變到23米，這在行業內幾乎聞所未聞。
準備充分，進展順利。2022年4月25日，“京華號”順利穿越京哈鐵路、副中心站。207米的穿越區間，沉降始終控制在3毫米內，管片上浮不超過10毫米。同時，實現單月最高掘進542米，創造了16米級超大直徑盾構機月進尺新紀錄，實現對地面建筑物“零擾動”。
項目管理優
渣土外運、循環利用，智能監控、大數據、物聯網、智慧管理系統實現全覆蓋
走進隧道內部，施工現場干干凈凈、整齊劃一，完全刷新記者對隧道施工的認知。盾構機開挖出來的渣土哪里去了？
原來，“京華號”創新配備了泥水循環系統。當前部的刀盤轉動“啃”土時，管道將送來泥水，沖洗被刀頭切削下來的渣土。混合渣土的泥漿再通過排漿管路運至盾構機外，送到與掘進工地南側一街之隔的泥漿處理廠進行處理。泥漿經過過濾沉淀，再經管道循環至盾構機內重復使用。
“分離后的渣土也可循環利用。”孫長松介紹，渣土從泥漿中分離后，經過板式壓濾機和高速離心機處理干燥后，可以即產即運，用于種地、栽樹、路基施工等，實現資源再利用。
這里還是一個“智慧工地”。智能監控、大數據、物聯網、智慧管理系統實現了全覆蓋，只要有安全問題、參數異常、環保隱患，平臺立刻報警，讓隱患無處遁形。
來到改造工程安全質量監控中心，大屏幕上，盾構機的推力、行程、分區壓力，管片的生產、運輸、拼裝等信息全都一覽無余。“系統可以連接手機。我們外出時，可通過手機對上萬個參數實時監管。”孫長松說。
不僅如此，安全質量監控中心還與位于南京的中鐵十四局大盾構公司總部盾構智慧管控中心聯動聯控。如有必要，總部人員甚至可以在1000公里外遠程操控盾構機。
2023年6月28日上午，歷經兩年多掘進，“京華號”順利完成西線隧道掘進任務，抵達接收井，這也意味著國內最長盾構高速公路隧道西線貫通。“這條隧道的貫通，意味著我國超大直徑盾構全產業鏈發展站上了新臺階，為解決城市發展空間受阻難題提供了新路徑。”中鐵十四局黨委書記、董事長吳言坤說。
項目團隊將繼續開展隧道內剩余現澆混凝土結構施工、裝飾裝修、路面找平層及瀝青層施工，最后進行強弱電、交安、消防等機電安裝施工。預計明年年底，改造工程將建成通車。
目前，“京華號”盾構機正在拆解，將進行全面檢查、保養和改造，服務下一個工程。（記者 李心萍）
(責任編輯：陳冬梅)
