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科技让高铁施工更“智慧”

从京张高铁清华园隧道感受铁路创新成果

来源:本站原创 作者:赵雪峰 刘福昌  时间:2018-04-20 【字体:

全国唯一的大盾构数据指挥中心(刘福昌 摄)

满园春色,百花争艳,中国铁路建设继续保持蓬勃发展的强劲势头。2022年北京冬奥会基础配套工程京(北京)张(张家口)高铁正加紧施工,BIM、可视化、大数据、移动互联网等一批高科技和新技术得到普遍应用,形成科技创新的澎湃动力,为京张再次惊艳世界、为中国铁路 “金色名片”再添亮色。

现在,我们带您走进全线唯一的盾构隧道、中铁十四局施工的清华园隧道,感受不一样的工地,不一样的创新成果。

整洁现场超出想象

4月15日上午9时许,在项目书记胡建华的引领下,我们沿着3号竖井步行17米多深,到了隧道始发点。坐上电瓶车,直奔掘进现场。

洞内光线通明柔和,空气清新自然,和以往矿山法施工的隧道环境截然不同。胡建华解释说,这是因为隧道开挖不用钻孔放炮,管片、边箱涵都是在工场预制生产,直接在隧道“拼装”,运送物品的车辆全部为电动车辆,同时压缩机源源不断地向洞内输送新鲜空气。

隧道洞壁上发出叮叮当当的响声。项目总工程师陈爽说:“这是机器开挖出来的卵石,在外运过程中与出浆管发生的碰撞声,说明前方机器正常运转。我们还就喜欢听这声音,如音乐一般。如果长时间听不到它,心里面会犯嘀咕,怎么停下来了?”

观光车大概行驶了一刻钟的功夫,到了掘进现场,只见一台大型机器,像一台特制的轨道车,骑在两条铁轨上。身着橘红色工作服的工人操作手中的遥控装置,将管片轻轻吊起,再缓缓落在台车上,平稳运输到掌子面,被拼装台车上的真空吸盘一块一块地“吸”起来,然后拼装成环,环环相扣,严丝合缝。

据介绍,每环管片重达100吨,由9块组成,牢牢地扣成一个圆环,形成了隧道坚韧的“盔甲”。管片运输、安装,全部实现机械化作业,两名工人配合一下,用电动扳手将螺栓上紧加固,整个过程一气呵成、流畅快捷、举重若轻。

操控室是一间门窗紧闭、安装有空调的特殊房间,两名身着蓝色工装的小伙子正全神贯注,一会儿盯着前方墙壁上大屏幕的数字,一会儿又按动不同的键盘,像航天员一样表情专注而自信。

盾构机长张新杭说:“我们这两台盾构机,人员两班倒,一名机长,一名机长助理,8名盾构机操作手,清一色的90后。”

清华园隧道是京张高铁唯一采用盾构法施工的隧道,是目前北京市直径最大的盾构隧道,开挖直径12.64米,单洞双线,建成后,复兴号动车将从这里出站,一路向北飞驰,抵达张家口仅50分钟。

盾构机命名“天佑号”,实际上就是一台智能机器人,自动化程度高、施工速度快、一次成洞、功效比传统施工方法提高8到10倍,3个月掘进完成1000多米。

“大直径盾构隧道的优越性已经显现。”胡建华说。隧道管片生产实现了工厂化、全自动、智能化、信息化、标准化,原材采购、钢筋加工、混凝土拌制全部实现定制化、可追溯。盾构掘进产生的海量渣土经过泥水处理厂加工,回收再利用,实现了“零污染”“零排放”。

高铁在地下进城、出城,对较少噪音污染、减少地面拆迁、避免拆分城市空间具有极大的优势,对于高铁穿越首都核心区,其意义更是不言而喻。大直径盾构隧道在高铁领域得到越来越多的青睐。

隧道在地下实现自由“穿梭”

为什么清华园隧道采用盾构法施工?项目负责人赵海涛说:“隧道全长6公里多,位于北京市海淀区,是目前国内位于城市核心区,穿越地层最复杂、重要建筑物最多的国铁单洞双线大直径盾构高风险隧道。”

隧道长距离并行地铁13号线;上穿、下穿、侧穿规划中的12号、10号、15号线等3处地铁;穿越北三环、知春路、北四环、成府路、清华东路5条主要市政道路,70余条重要市政管线,距离最近构筑物的距离仅1.93米。特级风险源就达到12个。隧道穿越地区是高等院校、医院、居民区,入地的隧道在减少噪音污染等方面更有得天独厚的优势。

“为使施工和管理更智慧,使隧道在极端复杂的地下环境中自由穿梭,我们投入力量开发可视化智慧施工系统。” 项目副总工程师刘磊担负攻坚任务。这一系统,包括施工参数、过程监测、地质预测、周边建筑物数字化等,实现全过程可视化动态管理。

刘磊为我们打开他手机上专用APP,“盾构机掘进的各种参数,一览无余,有授权就可以发出指令。”

盾构机搭载了几千个传感器,具有感知、修正和自动调节的功能,设备状况、地下工况等数据,经互联网同步传送至千公里之外的南京,在那儿,十四局集团建有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。

今年2月初,南京的数据中心发现,第二台盾构机掘进参数异常,推力过大、油压过高、有结泥饼现象,掘进放缓,24小时掘进一环,只有2米的进度,他们立即通知现场停机抽刀检查。

“结果发现有8把边缘刀磨损严重,甚至磨坏了十几厘米深。专家组在现场召开分析会,然后又历时一个月设计、制造出新式刀具,换上后掘进恢复正常,现在平均每天掘进到8环。”盾构经理赵斌说。

与其他盾构法施工相比,泥水盾构由于其支撑和开挖方法的科学性,在减少沉降上具有更大的优势,加上可视化动态管理技术,更是如虎添翼,如同加上“双保险”。

“比如,通过点击系统中的3D控件就可以轻松生成三维地层剖面图,掌握地质信息,做好应对预案。” 刘磊说。清华园隧道每天24小时对海量数据进行处理分析,使风险始终处于可控状态。

清华园隧道与地铁10号线交叉点,要求沉降不能超过2毫米。经第三方观测结果分析显示,实际沉降仅0.7毫米,几乎“零沉降”,得到有关单位高度肯定。

“千帆竞渡,勇进者胜”。创新,伴随着中国高铁前进的步伐,也加快了京张高铁的建设速度,为确保2019年底建成通车奠定了坚实基础。

十四局大盾构数据指挥中心(刘福昌 摄)

工人操作遥控器进行管片拼装

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