掘進(jìn)東六環(huán)

文/圖|北京市首都公路發(fā)展集團(tuán)有限公司 北京市首發(fā)高速公路建設(shè)管理有限責(zé)任公司

北京東六環(huán)改造工程是落實(shí)北京城市總體規(guī)劃和北京城市副中心控制性詳細(xì)規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目；是縫合城市空間，串聯(lián)宋莊文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、北京城市副中心站綜合交通樞紐、北京城市副中心行政辦公區(qū)、城市綠心森林公園、北京環(huán)球主題公園多個(gè)功能區(qū)的創(chuàng)新發(fā)展軸；是連通順義、大興、北京首都國際機(jī)場和北京大興國際機(jī)場的重要通道。作為北京市及北京城市副中心的重點(diǎn)工程，它對促進(jìn)京津冀區(qū)域交通協(xié)同發(fā)展，提升全市交通服務(wù)水平，構(gòu)建綜合交通體系具有重要意義。

歲末年初，在天安門向東30公里的京杭大運(yùn)河畔，雖然寒風(fēng)陣陣，北京東六環(huán)改造工程（以下簡稱“東六環(huán)工程”）卻正如火如荼地進(jìn)行著。

東六環(huán)工程位于北京城市副中心核心區(qū)，全長約16.3公里，分為7.1公里的直接加寬段和9.2公里的入地改造段。入地改造段從京津公路南側(cè)至潞苑二街北側(cè)，其中盾構(gòu)段長7.34公里。工程沿線串聯(lián)行政辦公區(qū)、城市綠心森林公園、宋莊文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、潞縣故城遺址、北京環(huán)球主題公園等多個(gè)功能區(qū)，建成后將形成一條貫通歷史與未來，功能匯聚、集約高效的創(chuàng)新發(fā)展軸。

工程特點(diǎn)“長、大、深、多、高”

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東六環(huán)改造工程五大特點(diǎn)

長：工程盾構(gòu)段長7.34公里，盾構(gòu)單次掘進(jìn)長度居全國第二。

大：工程采用最大開挖直徑達(dá)16.07米的超大直徑盾構(gòu)機(jī)，隧道開挖斷面達(dá)202平方米，是我國北方地區(qū)最大的盾構(gòu)隧道。

深：工程中間井基坑開挖深度43.2米、圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻深度73.4米、盾構(gòu)隧道最大埋深61米，均為北京市域工程之最。

多：工程地下空間環(huán)境復(fù)雜，盾構(gòu)機(jī)將依次下穿通燕高速、運(yùn)潮減河、通胡路、京秦鐵路、北京地鐵6號(hào)線、廣渠路、北運(yùn)河、濱河路、通三鐵路、京津公路等重大風(fēng)險(xiǎn)源，掘進(jìn)控制因素多。

高：工程緊鄰北京城市副中心核心區(qū)，串聯(lián)張家灣小鎮(zhèn)、北京城市副中心行政辦公區(qū)、城市綠心森林公園、宋莊文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)等多個(gè)功能區(qū)，運(yùn)營安全和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)高。

據(jù)了解，東六環(huán)工程承載著多項(xiàng)“第一”：北京地區(qū)第一座大直徑盾構(gòu)地下道路，盾構(gòu)直徑全國第一，且為單次掘進(jìn)全國最長的盾構(gòu)隧道之一。

北京市首發(fā)高速公路建設(shè)管理有限責(zé)任公司東六環(huán)入地改造工程項(xiàng)目管理處負(fù)責(zé)人何歷超介紹道，東六環(huán)工程在建設(shè)上具有盾構(gòu)段里程長、開挖斷面大、最大深度深、控制因素多、運(yùn)營安全和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)高五大特點(diǎn)，同時(shí)存在兩大難題。由于東六環(huán)工程穿越北京城市副中心核心區(qū)，且隧道施工穿16條道路、9條軌道、3條河道，對環(huán)境要求較高，從而造成技術(shù)難度大與運(yùn)營難度大。

“京華號(hào)”超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)

“工欲善其事，必先利其器”，除了精密規(guī)劃設(shè)計(jì)，高端的施工設(shè)備也必不可少。據(jù)何歷超介紹，在東六環(huán)工程項(xiàng)目中，有兩臺(tái)“大家伙”發(fā)揮了巨大作用。原來，它們是名為“京華號(hào)”和“運(yùn)河號(hào)”的國產(chǎn)16米級(jí)超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，這也是我國當(dāng)時(shí)直徑最大的盾構(gòu)機(jī)。

2021年1月30日，隨著京劇臉譜特色的刀盤緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，東六環(huán)工程迎來關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)——“京華號(hào)”調(diào)試完成進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，為隧道西線盾構(gòu)機(jī)始發(fā)創(chuàng)造了條件。據(jù)介紹，東六環(huán)工程入地改造段采用盾構(gòu)法，隧道采用分離式雙洞布置，將東西兩線分別交由“運(yùn)河號(hào)”與“京華號(hào)”負(fù)責(zé)隧道掘進(jìn)。同年6月，西線“京華號(hào)”率先從隧道北端正式掘進(jìn)。間隔1個(gè)半月后，“運(yùn)河號(hào)”開啟掘進(jìn)之旅。從此，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)將始終保持間隔200米，向前掘進(jìn)。

京華號(hào)盾構(gòu)機(jī)刀盤

技術(shù)宗旨“低碳、節(jié)能、環(huán)保、綠色”

何歷超介紹，東六環(huán)工程建成后，城市副中心12條規(guī)劃道路、5條現(xiàn)狀道路將實(shí)現(xiàn)東西向貫通，有效“縫合”城市，讓通州城區(qū)與城市副中心行政辦公區(qū)融為一體。

施工過程中，項(xiàng)目方還運(yùn)用了大量綠色、低碳、節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。如在空氣治理上，一方面利用始發(fā)井、中間井和接收井設(shè)置3處通風(fēng)排煙豎井，并配備國內(nèi)最先進(jìn)的空氣凈化設(shè)施，保證隧道內(nèi)空氣經(jīng)處理后滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保排放；另一方面采用國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)對隧道內(nèi)的一氧化碳、一氧化氮化合物濃度，以及能見度、風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境變化值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過軟件系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)智能控制，確保洞內(nèi)全天候空氣保持清新。

在隧道照明方面，項(xiàng)目方則采用智能控制方式，對照明燈具進(jìn)行逐盞調(diào)光控制，并按季節(jié)、天氣、交通量變化調(diào)節(jié)隧道入口段、過渡段和出口段的亮度水平，使隧道內(nèi)加強(qiáng)照明亮度適應(yīng)于洞外亮度的變化、基本亮度適應(yīng)于交通量的變化，從而確保隧道照明在節(jié)能的基礎(chǔ)上，布局更加科學(xué)合理，節(jié)能效果更加顯著。

在盾構(gòu)隧道主體結(jié)構(gòu)方面，項(xiàng)目方最大限度采用預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場原始現(xiàn)澆作業(yè)極少，不僅減少了施工帶來的噪音、垃圾污染，而且模具和生產(chǎn)設(shè)備皆可重復(fù)利用，最大限度節(jié)約了資源和成本；隧道施工所用通勤車輛也盡可能采用新能源電動(dòng)汽車，減少汽車尾氣污染；泥漿處理系統(tǒng)配備板式壓濾機(jī)和高速離心機(jī)，可對盾構(gòu)施工產(chǎn)生的渣土廢水進(jìn)行處理，使其再次利用到其他工程，達(dá)到了資源再利用的目的。

技術(shù)創(chuàng)新

旋轉(zhuǎn)刀盤、輸送泥漿、精選點(diǎn)位、拼裝管片……2022年春節(jié)期間，東六環(huán)工程施工現(xiàn)場一片火熱，建設(shè)者正鉚足干勁，推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)持續(xù)向前。

在地下41米深處，“運(yùn)河號(hào)”不曾“停歇”，始終按照節(jié)奏有序推進(jìn)。目前，“運(yùn)河號(hào)”已累計(jì)掘進(jìn)完成1840米，平均日進(jìn)尺可達(dá)16米至20米，最高日進(jìn)尺24米，打破同類直徑盾構(gòu)掘進(jìn)紀(jì)錄。

在東六環(huán)工程建設(shè)過程中，項(xiàng)目方還進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步優(yōu)化了各種工況下盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制方案及措施，確保盾構(gòu)掘進(jìn)可控、能控、在控，確保工程質(zhì)量零缺陷、安全零事故、工期零延誤。

三通球閥+閉塞球式設(shè)計(jì)

東六環(huán)工程入地改造段每延米出土量達(dá)到202立方米，這對開挖面的穩(wěn)定性和盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性要求更高。為此，“運(yùn)河號(hào)”與“京華號(hào)”均采用總體自主設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成技術(shù)，配置了常壓換刀、伸縮主驅(qū)動(dòng)、超大直徑重載管片高效運(yùn)輸及拼裝、超大功率泥水環(huán)流系統(tǒng)等多項(xiàng)核心技術(shù)。

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，為確保盾構(gòu)機(jī)先切后刮再把渣土順利排出盾體，需在作業(yè)過程中不斷延伸排漿管道，這一過程容易造成大量泥漿泄漏，不僅浪費(fèi)泥漿，還會(huì)導(dǎo)致隧道環(huán)境被大面積污染。為此，項(xiàng)目方創(chuàng)新采用三通球閥+閉塞球式管路延伸系統(tǒng)，可保證整個(gè)換管作業(yè)過程中，無泥漿溢出到隧道內(nèi)，極大地改善了隧道施工環(huán)境。

同步雙液注漿系統(tǒng)

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雙液注漿系統(tǒng)

即采用特定參數(shù)的水泥漿和水玻璃，以試驗(yàn)確定的配合比，在盾尾處混合并注入地層。與傳統(tǒng)單液注漿相比，同步雙液注漿能夠加快盾構(gòu)隧道的施工進(jìn)度，改善隧道的成型效果，同時(shí)較好控制地表及周邊建構(gòu)筑物的沉降。

滲漏水現(xiàn)象是困擾盾構(gòu)隧道施工的技術(shù)難題，不僅會(huì)影響隧道施工正常進(jìn)行，如果處置不當(dāng)，還會(huì)增加隧道運(yùn)營期的安全風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)介紹，超大直徑盾構(gòu)機(jī)重達(dá)4500噸，如果不盡快解決這些問題，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中，地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)會(huì)越來越大。針對高密富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)管片上浮及隧道滲漏水問題，項(xiàng)目部自主研發(fā)了一套“制-運(yùn)-注”一體化超大直徑盾構(gòu)雙液同步注漿集成系統(tǒng)，開創(chuàng)性地將地面拌和站引入洞內(nèi)作為牽引臺(tái)車式雙液同步注漿、制漿及配套材料運(yùn)輸系統(tǒng)，既解決了雙液漿長距離運(yùn)輸“質(zhì)損、低效、高耗”難題，又滿足了北京核心城區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，通過在管片外壁形成一道致密的防水屏障，最終實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道零滲漏，管片上浮控制在15毫米以內(nèi)的優(yōu)良成效。

泥漿管路系統(tǒng)

東六環(huán)改造工程盾構(gòu)隧道內(nèi)景

讓東六環(huán)工程充滿挑戰(zhàn)性的不僅是復(fù)雜的地下環(huán)境，地上同樣如此。6個(gè)月以來，“運(yùn)河號(hào)”先后經(jīng)歷了淺覆土掘進(jìn)，下穿“歡樂宋”建筑群、京榆舊線主干路、通燕高速匝道橋3處一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源及次高壓燃?xì)夤芫€1處二級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。為保障穿越期間盾構(gòu)掘進(jìn)的安全穩(wěn)定，在原有雙液同步注漿的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目部采用中盾克泥效注漿結(jié)合隧道徑向深孔注漿的方式進(jìn)一步填充地層間隙，過程中根據(jù)地表加密監(jiān)測、自動(dòng)化監(jiān)測等信息化監(jiān)測手段，實(shí)時(shí)反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，對掘進(jìn)參數(shù)實(shí)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，最終在保障盾構(gòu)施工進(jìn)度的同時(shí)，安全平穩(wěn)地穿越各項(xiàng)重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。

每一次穿越風(fēng)險(xiǎn)源，項(xiàng)目方都會(huì)在之前基礎(chǔ)上不斷收集盾構(gòu)機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析復(fù)盤。從2022年農(nóng)歷正月初一至正月十三，盾構(gòu)機(jī)共掘進(jìn)了130米。根據(jù)地勘報(bào)告及地質(zhì)圖紙顯示分析，目前盾構(gòu)掘進(jìn)斷面主要為粉質(zhì)黏土層，其占比高達(dá)70%以上，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中泥水循環(huán)始終維持高比重運(yùn)行，渣漿泵負(fù)載高，為此，項(xiàng)目方縮短了中繼泵安裝間距，從而確保設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，在技術(shù)管控方面加大泥漿比重及黏度檢測和調(diào)節(jié)，根據(jù)泥漿參數(shù)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，以確保泥漿的有效攜渣能力，保障盾構(gòu)機(jī)的高速平穩(wěn)運(yùn)行，力爭一鼓作氣讓“運(yùn)河號(hào)”順利抵達(dá)中間井。

常壓刀盤及刀具狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)

普通盾構(gòu)機(jī)大多需要工作人員帶壓進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)前部開挖艙更換刀具，因水土壓力大，危險(xiǎn)系數(shù)更高。針對東六環(huán)工程長距離、高水壓、強(qiáng)磨蝕地層刀具磨損更換等問題，項(xiàng)目方采用了具備常壓換刀功能的軟土刀盤，可在普通大氣壓強(qiáng)下進(jìn)入開挖艙更換磨損刀具，大幅度提高了換刀效率；刀盤中心區(qū)域設(shè)計(jì)大流量泥漿沖刷系統(tǒng)，防止掘進(jìn)過程中，切削出的渣土附著于刀盤表面形成泥土塊。同時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)可以將刀盤刀具狀態(tài)實(shí)時(shí)傳回主控室，為盾構(gòu)機(jī)操作人員提供判斷依據(jù)，減少或避免帶壓進(jìn)倉作業(yè)。

東六環(huán)改造工程盾構(gòu)段內(nèi)景。本刊記者 張林 攝

據(jù)了解，東六環(huán)工程通車后，地面原六環(huán)路將被改造為慢行交通及高線綠化公園，預(yù)計(jì)可增加綠化面積約50萬平方米，在美化城市空間的同時(shí)，成為周邊居民散步騎行的好去處。

東六環(huán)入地改造建成效果圖