近期，北京東六環(huán)（京哈高速-潞苑北大街）改造路段正式開通試運營，實現(xiàn)了高速路“藏”于地下。東六環(huán)改造工程全長約16.3公里，設(shè)計時速80公里，由現(xiàn)狀雙向4車道加寬至6車道，其中盾構(gòu)隧道段長約7.4公里，是目前國內(nèi)斷面最大、長度最長的高速公路盾構(gòu)隧道。作為北京市城市副中心建設(shè)的重點工程，北京東六環(huán)改造工程是京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的重要交通項目。

東六環(huán)入地隧道通車后，城市副中心各組團之間的10余條東西向城市道路也將實現(xiàn)貫通，有效縫合了城市空間，促進(jìn)副中心與中心城區(qū)的快速連接。歷時5年，中交集團憑借先進(jìn)的盾構(gòu)技術(shù)和精細(xì)化管理，高質(zhì)量完成了東六環(huán)改造工程，實現(xiàn)致密富水砂層長距離連續(xù)掘進(jìn)、高水壓環(huán)境管片拼縫不滲不漏、城區(qū)敏感環(huán)境地層毫米級沉降，為北京城市發(fā)展注入新動能。

破繭成蝶

一場改變城市格局的“空間革命”

城市發(fā)展倒逼交通升級。北京東六環(huán)改造工程是《北京城市副中心控制性詳細(xì)規(guī)劃》中“打造縫合城市功能的創(chuàng)新發(fā)展軸、有效織補城市空間、解決高速公路分割城市問題”的標(biāo)志性工程。“按設(shè)計時速80公里計算，開車通過這條特長隧道只需要七八分鐘，緩解地面道路交通壓力的同時，實現(xiàn)對副中心城市空間的縫合。”一公局集團隧道局北京東六環(huán)項目部總工程師呂計瑞介紹道。

北京東六環(huán)路2009年通車，至今已運營16年。從工程示意圖上看，東六環(huán)路相當(dāng)于城市副中心的中軸線，東西兩側(cè)分布著辦公區(qū)、商務(wù)區(qū)、副中心站等重要功能區(qū)域。也因為東六環(huán)的分割，有11條規(guī)劃道路、5條現(xiàn)狀道路無法實現(xiàn)東西向貫通。近年來，隨著副中心發(fā)展不斷加快和功能日趨完善，東六環(huán)本身的高路基現(xiàn)狀日益成為分割城市的障礙，東西兩側(cè)原有道路連通和區(qū)塊聯(lián)系被這條高速公路阻斷。為有效“縫合”城市，北京決定實施東六環(huán)改造工程，地上道路“變身”為地下隧道，等級更高、通行更順、體驗更好。

項目地處北京城市副中心核心地帶，施工期間，保障城市副中心功能區(qū)交通出行需求、控制施工風(fēng)險、保護(hù)環(huán)境極為重要。一公局集團依托強大的地下工程施工經(jīng)驗與資源，開展方案研究，提出“中交大盾構(gòu)隧道”方案，經(jīng)設(shè)計論證和建設(shè)單位比選推薦，最終得到北京市政府的認(rèn)可。“整個盾構(gòu)穿越過程中，地面上基本上做到了零擾動，沉降控制在毫米級別。方案的成功落地，不僅為項目的高質(zhì)量實施提供了保障，還減少了征地1060畝、減少伐木4.7萬棵、減少拆遷5.3萬平方米，節(jié)約水資源約3400萬噸，取得了良好示范效應(yīng)。”呂計瑞說。

創(chuàng)新驅(qū)動

大國重器助力東六環(huán)“遁地隱身”

一公局集團隧道局承建東六環(huán)改造工程4標(biāo)項目，包括入地改造段盾構(gòu)隧道右線、中間豎井、接收井以及其他附屬工程，布置于六環(huán)路西側(cè)綠化帶內(nèi)，是整個項目的關(guān)鍵控制性工程。

在下穿副中心樞紐的位置，最大埋深達(dá)到了74米，也是華北地區(qū)最深的隧道埋深。隧道具有“長、大、深”3個特點，還穿越京哈鐵路、副中心站綜合交通樞紐、地鐵6號線、通三鐵路等99處風(fēng)險源。超大直徑、超長距離、超深覆土、超敏感環(huán)境等施工難點，對盾構(gòu)機的可靠性、安全性和工程適應(yīng)性提出了極高要求。“運河號”是中交天和為東六環(huán)改造項目量身打造的“鉆地神器”。中交天和項目總工程師路小民介紹：“‘運河號’整機長145米、重4500噸，國產(chǎn)化率達(dá)98%以上，是國產(chǎn)首臺16米級超大直徑盾構(gòu)機，也是我國迄今為止研制的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的最大直徑泥水平衡盾構(gòu)機之一。”“運河號”配置了中交天和自主研發(fā)的全球首創(chuàng)超長距離掘進(jìn)不換刀技術(shù)，將刀具壽命提升至國際同類產(chǎn)品的1.5倍；自主研發(fā)的泥水分層逆洗循環(huán)系統(tǒng)，確保在復(fù)雜地質(zhì)中保持安全高效掘進(jìn)；而光纖磨損檢測技術(shù)的首次應(yīng)用，更實現(xiàn)了對16米級刀具的“全時體檢”。

2022年2月，“運河號”穿越連接北運河與潮白河的排水河道潮減河，因下穿地層多為粉細(xì)砂及粉質(zhì)黏土互層，部分區(qū)域粉質(zhì)黏土的最大含量超過80%，存在涌水、涌砂等重大風(fēng)險，掘進(jìn)施工就像“穿針引線”。一公局集團隧道局現(xiàn)場技術(shù)團隊充分應(yīng)用智慧監(jiān)控系統(tǒng)，全天候值守，隨時保證土壓、沉降量、注漿壓力、設(shè)備姿態(tài)等技術(shù)參數(shù)的最佳值。

2022年5月，“運河號”位于地下60米處，機頭上部是穿梭的列車和塔吊林立、建設(shè)繁忙的副中心站交通樞紐。“需下穿的副中心站交通樞紐段長207米，盾構(gòu)機上部距離基坑底不足23米，距離抗拔樁僅3米，且地層為高密實、強透水砂層，穩(wěn)定性差，稍有不慎就可能導(dǎo)致交通樞紐基坑安全風(fēng)險，對盾構(gòu)機性能無疑是巨大挑戰(zhàn)。”一公局集團隧道局東六環(huán)項目機電部部長葉延庚回憶說，“透水砂層更讓每一步掘進(jìn)都充滿變數(shù)。”現(xiàn)場技術(shù)團隊通過“運河號”導(dǎo)向系統(tǒng)控制掘進(jìn)姿態(tài)，這就像為盾構(gòu)機裝上一雙眼睛，可以準(zhǔn)確地判斷盾構(gòu)機走向與姿態(tài)。如盾構(gòu)姿態(tài)偏差過大，可即時報警和處置，確保盾構(gòu)機在黑暗的地下不迷失方向或偏離設(shè)計軸線。項目還研發(fā)了“制、運、注”一體化的同步雙液注漿技術(shù)，把傳統(tǒng)在地面上設(shè)置的漿液攪拌站直接集成到盾構(gòu)機上，這在世界范圍內(nèi)是第一次實現(xiàn)。最終，地表沉降被控制在2毫米內(nèi)，管片上浮量被控制在10毫米內(nèi)，盾構(gòu)機安全平穩(wěn)地穿越隧道全線最大風(fēng)險區(qū)域，滲漏水控制也達(dá)到“零滲漏”標(biāo)準(zhǔn)，填補了大直徑盾構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域的一項空白。

項目建設(shè)過程中，“運河號”穿越了99處重要的環(huán)境風(fēng)險源，包括2條鐵路、1條運營地鐵線、2條河流，還有十幾條東西向的主干道。項目團隊采用立體分層布置，提高盾構(gòu)機刀具在長距離掘進(jìn)過程中的耐磨性能。“隧道最后2.5公里，我們刀具的磨損只有6毫米。”呂計瑞說。

在東六環(huán)改造工程施工過程中，“運河號”達(dá)到了全球領(lǐng)先水平，再次展現(xiàn)了我國超大直徑盾構(gòu)機研制的強大實力，為我國未來地下空間的深度開發(fā)起到了重大示范效應(yīng)。

智能管控

鑄就滴水不漏的品質(zhì)工程

跟隨時任中交隧道局北京東六環(huán)改造工程項目經(jīng)理，“運河號”的“掌舵者”何劍光，走進(jìn)項目工程安全質(zhì)量監(jiān)控中心，首先映入眼簾的是占了一整面墻的超大電子屏幕，上面顯示著建筑信息管理平臺、“運河號”盾構(gòu)監(jiān)測、現(xiàn)場監(jiān)控視頻、進(jìn)度產(chǎn)值、氣象預(yù)警、第三方監(jiān)測、現(xiàn)場工作管理等信息。“就連隧道管片的生產(chǎn)、運輸、拼裝場景，盾構(gòu)機的推力、行程甚至分區(qū)壓力，都能一覽無余。即使盾構(gòu)機出現(xiàn)掘進(jìn)異常情況，也可以進(jìn)行實時預(yù)警，并將預(yù)警信息通過手機短信推送給主要管理人員。”何劍光自豪地說。

何劍光介紹，項目深度應(yīng)用了BIM技術(shù)，由建設(shè)單位牽頭，從設(shè)計源頭到最終運營，全生命周期應(yīng)用BIM技術(shù)，搭建了項目建設(shè)綜合管控平臺，實現(xiàn)了從參數(shù)化設(shè)計到參數(shù)化管片預(yù)制、參數(shù)化掘進(jìn)施工、再到參數(shù)化移交運營的“數(shù)字隧道”平臺。同時，為了大力推進(jìn)盾構(gòu)智能掘進(jìn)，一公局集團隧道局通過搭建盾構(gòu)掘進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷平臺、盾構(gòu)掘進(jìn)三維可視化與安全預(yù)警平臺和管片智能選型與拼裝平臺，實現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控決策、掘進(jìn)狀態(tài)動態(tài)可視化仿真、環(huán)境安全自動化預(yù)警、管片選型與拼裝智能決策等功能，極大提升了國內(nèi)大直徑盾構(gòu)智能掘進(jìn)水平。

盾構(gòu)施工過程中，需要拼裝3671環(huán)、超過3.6萬塊管片。管片的預(yù)制和安裝質(zhì)量，直接影響著隧道建設(shè)品質(zhì)。為了確保隧道結(jié)構(gòu)不滲不漏，項目團隊自主研發(fā)了預(yù)制構(gòu)件智造信息管理系統(tǒng)，以“六維智能”的高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)了管片制造全過程的智能化管理和控制。在管片預(yù)制階段，項目應(yīng)用“六維智造”信息與自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)管片毫米級高精度預(yù)制生產(chǎn)。在管片拼裝環(huán)節(jié)，項目應(yīng)用自動檢測系統(tǒng)，隨機地質(zhì)雷達(dá)檢測管片背后注漿狀態(tài)，實現(xiàn)成型隧道隨時體檢。“管片自動拼裝系統(tǒng)通過傳感模塊采集每個待安裝管片的標(biāo)識信息、盾構(gòu)機的物理狀態(tài)信息以及拼裝區(qū)域周圍的圖像信息，系統(tǒng)可以根據(jù)獲取結(jié)果，控制拼裝機將抓取的待安裝管片旋轉(zhuǎn)移動至拼裝區(qū)域，大幅提高管片拼裝質(zhì)量與進(jìn)度。”何劍光進(jìn)一步解釋道。對比傳統(tǒng)施工法，采用管片排版與拼裝質(zhì)量智能控制技術(shù)，項目實現(xiàn)了管片高精度數(shù)字化預(yù)制、管片高精度拼裝，端面錯臺量小于1毫米，環(huán)縫錯臺量小于3毫米，實現(xiàn)35萬平方米襯砌不滲不漏。

“這里的每一塊管片擁有專屬的‘身份證’。”現(xiàn)場技術(shù)工人隆文指著管片娓娓道來，“通過手機掃描管片上的二維碼，就可查看管片從生產(chǎn)到安裝全過程的數(shù)據(jù)采集和存儲信息，做到生產(chǎn)過程安全可視，質(zhì)量可控、可追溯。”

東六環(huán)改造工程的智能化管控還體現(xiàn)在盾構(gòu)機的創(chuàng)新細(xì)節(jié)上。為了保證盾構(gòu)機連續(xù)、均衡、平穩(wěn)推進(jìn)，項目團隊針對工程線路及地質(zhì)情況，將自動監(jiān)測系統(tǒng)引入盾構(gòu)機，施工人員可以在盾構(gòu)機主控室，通過屏幕，對盾構(gòu)姿態(tài)、隧道管片變形、盾尾間隙實現(xiàn)24小時實時監(jiān)測。“盾構(gòu)機當(dāng)前位置與隧道設(shè)計軸線的偏差以及趨勢在屏幕上一覽無余，我們輪流換班，盯控各項參數(shù)，并據(jù)此調(diào)整控制盾構(gòu)機掘進(jìn)方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內(nèi)。”“運河號”主控室內(nèi)，一公局集團盾構(gòu)機操作員敖游指著屏幕介紹道。

在過硬的技術(shù)、精密的組織以及智慧工地的加持下，“運河號”盾構(gòu)自2021年8月10日始發(fā)，到2023年8月21日順利完成接收，歷時約24個月，掘進(jìn)時段平均日進(jìn)尺16米，最高日進(jìn)尺24米，最高月度進(jìn)尺526米，刷新了當(dāng)時國內(nèi)大直徑盾構(gòu)掘進(jìn)速度最快紀(jì)錄。

歷時1900多個日夜，北京東六環(huán)改造工程自正式破土動工至實現(xiàn)通車，無數(shù)建設(shè)者們揮灑汗水、辛勤付出，創(chuàng)造了交通運輸部“平安百年品質(zhì)工程創(chuàng)建示范項目”和“科技示范工程”，成為大城市開展更新改造、充分利用國土空間等諸多方面的新樣板。（中交集團）