2022年2月，北京城市副中心地下59米處，中鐵十四局建設(shè)者正在有序忙碌。

“‘京華號(hào)’盾構(gòu)機(jī)已掘進(jìn)2700多米，第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，地表沉降量始終控制在2毫米以內(nèi)，管片上浮量也始終控制在10毫米以內(nèi)。”在國(guó)產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機(jī)操作室內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)黃魯自豪地說(shuō)。

在掘進(jìn)過(guò)程中，隨著“京華號(hào)”盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，兩種漿液在盾尾后方混合，通過(guò)8個(gè)注漿口，快速注入管片壁后的環(huán)形間隙，僅10多秒就成為膠凝狀，并在短短的30分鐘內(nèi)就形成早期強(qiáng)度，為隧道管片提供更加堅(jiān)固的“金鐘罩”。

這是國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用超大直徑泥水平衡盾構(gòu)同步雙液注漿關(guān)鍵技術(shù)，為了這項(xiàng)成果，中鐵十四局建設(shè)者聯(lián)合鐵建重工、高校等已經(jīng)開展了3年的探索與研究。

2020年9月，搭載了同步雙液注漿系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)首臺(tái)16米級(jí)超大直徑盾構(gòu)機(jī)“京華號(hào)”下線。與此同時(shí)，在反復(fù)的方案論證和大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，關(guān)于超大直徑泥水盾構(gòu)同步雙液注漿關(guān)鍵技術(shù)的研究，正在北京東六環(huán)駐地西北角的實(shí)驗(yàn)室全力推進(jìn)。

“圍繞同步雙液漿基礎(chǔ)材料、配合比、注漿工藝參數(shù)等技術(shù)難題，我們前后共進(jìn)行了上千次的室內(nèi)試驗(yàn)、近百次的室外試驗(yàn)。”回憶起當(dāng)時(shí)的日子，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)研究人員舒計(jì)城博士用“循環(huán)往復(fù)”來(lái)形容。

“試驗(yàn)過(guò)程中，一個(gè)小數(shù)值的變動(dòng)都會(huì)影響試驗(yàn)效果。”舒計(jì)城回憶，為遴選出性能較優(yōu)的基礎(chǔ)材料，他們從全國(guó)乃至國(guó)外選取了20余種產(chǎn)品作為雙液漿的基本材料，并對(duì)它們的性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。

這種精益求精的創(chuàng)新精神還體現(xiàn)在對(duì)漿液膠凝時(shí)間的控制上?！皟煞N漿液混合后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)膠凝反應(yīng)。而這個(gè)膠凝狀態(tài)，既要具有良好的擴(kuò)散性能，又要避免堵管?！笔嬗?jì)城解釋說(shuō)，就是固結(jié)得不能太快也不能太慢。

通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將膠凝時(shí)間控制在了30秒。為追求更優(yōu)的效果，研發(fā)團(tuán)隊(duì)隨后提出，把時(shí)間控制在10秒左右。功夫不負(fù)有心人。4個(gè)月后，4組膠凝時(shí)間控制在10秒—12秒的最優(yōu)配合比被確定。

配合比有了，怎么直觀地驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性？為更加真實(shí)地模擬盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)時(shí)同步注雙液漿的機(jī)理，并在始發(fā)之前對(duì)注漿系統(tǒng)全環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)操檢驗(yàn)，他們大膽提出了開展“雙液漿原型試驗(yàn)”的想法。

他們選好原型試驗(yàn)段，利用鋼板和亞克力板定型制作雙液注漿套筒，并發(fā)明了一種同步注入雙液漿原型試驗(yàn)裝置，在雙液注漿時(shí)，觀測(cè)注漿量、注漿壓力、漿液種類等方面對(duì)注漿效果等方面的影響，對(duì)漿液的配比進(jìn)行驗(yàn)證。

“這又是一次前所未有的創(chuàng)新之舉?！敝需F十四局北京東六環(huán)項(xiàng)目盾構(gòu)副經(jīng)理孫長(zhǎng)松說(shuō)，“在試驗(yàn)過(guò)程中，我們?cè)O(shè)置了3個(gè)斷面，每個(gè)斷面都設(shè)置壓力傳感器，在同步雙液注漿過(guò)程中，對(duì)盾尾的孔隙水壓力和土壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)?！?/p>

盾構(gòu)機(jī)24小時(shí)施工，研發(fā)人員也會(huì)圍繞漿液流動(dòng)狀態(tài)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行全過(guò)程觀測(cè)。根據(jù)原型試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)效果，他們對(duì)注漿孔布設(shè)、配比參數(shù)進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整。

“京華號(hào)”盾構(gòu)機(jī)正式掘進(jìn)后，研發(fā)人員對(duì)200米試驗(yàn)段進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果，同步雙液漿的有效性得到了驗(yàn)證。

“相比單液注漿，管片上浮得到有效控制，且隨工藝的優(yōu)化，上浮范圍還在收窄?！?021年9月，經(jīng)中國(guó)工程院院士錢七虎等組成的專家組認(rèn)定，該技術(shù)填補(bǔ)了我國(guó)超大直徑泥水盾構(gòu)隧道同步雙液注漿的空白。

目前，依托北京東六環(huán)改造工程運(yùn)用的同步雙液注漿技術(shù)，項(xiàng)目正全面形成各項(xiàng)成果，已申報(bào)發(fā)明專利6項(xiàng)、實(shí)用新型3項(xiàng)，技術(shù)論文2篇。

“我們還將繼續(xù)開展相關(guān)的研究，并應(yīng)用于更多的超大直徑盾構(gòu)隧道，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展?！蓖瓿闪嗽擁?xiàng)技術(shù)的舒計(jì)城又有了新的方向。(記者 矯 陽(yáng))

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