原標題：上千次試驗 造就隧道管片超強“金鐘罩”

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’盾構(gòu)機已掘進2700多米，第三方監(jiān)測數(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)。”在國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)機操作室內(nèi)，盾構(gòu)機長黃魯自豪地說。

在掘進過程中，隨著“京華號”盾構(gòu)機的推進，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(huán)形間隙，僅10多秒就成為膠凝狀，并在短短的30分鐘內(nèi)就形成早期強度，為隧道管片提供更加堅固的“金鐘罩”。

這是國內(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)的國產(chǎn)首臺16米級超大直徑盾構(gòu)機“京華號”下線。與此同時，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)駐地西北角的實驗室全力推進。

“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，我們前后共進行了上千次的室內(nèi)試驗、近百次的室外試驗。”回憶起當時的日子，現(xiàn)場技術(shù)研究人員舒計城博士用“循環(huán)往復(fù)”來形容。

“試驗過程中，一個小數(shù)值的變動都會影響試驗效果。”舒計城回憶，為遴選出性能較優(yōu)的基礎(chǔ)材料，他們從全國乃至國外選取了20余種產(chǎn)品作為雙液漿的基本材料，并對它們的性能指標進行試驗。

這種精益求精的創(chuàng)新精神還體現(xiàn)在對漿液膠凝時間的控制上。“兩種漿液混合后，會產(chǎn)生一個膠凝反應(yīng)。而這個膠凝狀態(tài)，既要具有良好的擴散性能，又要避免堵管。”舒計城解釋說，就是固結(jié)得不能太快也不能太慢。

通過反復(fù)試驗，研發(fā)團隊將膠凝時間控制在了30秒。為追求更優(yōu)的效果，研發(fā)團隊隨后提出，把時間控制在10秒左右。功夫不負有心人。4個月后，4組膠凝時間控制在10秒—12秒的最優(yōu)配合比被確定。

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

他們選好原型試驗段，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裝置，在雙液注漿時，觀測注漿量、注漿壓力、漿液種類等方面對注漿效果等方面的影響，對漿液的配比進行驗證。

“這又是一次前所未有的創(chuàng)新之舉。”中鐵十四局北京東六環(huán)項目盾構(gòu)副經(jīng)理孫長松說，“在試驗過程中，我們設(shè)置了3個斷面，每個斷面都設(shè)置壓力傳感器，在同步雙液注漿過程中，對盾尾的孔隙水壓力和土壓力進行監(jiān)測。”

盾構(gòu)機24小時施工，研發(fā)人員也會圍繞漿液流動狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行全過程觀測。根據(jù)原型試驗，結(jié)合試驗效果，他們對注漿孔布設(shè)、配比參數(shù)進行了及時調(diào)整。

“京華號”盾構(gòu)機正式掘進后，研發(fā)人員對200米試驗段進行了實時監(jiān)測。根據(jù)第三方監(jiān)測結(jié)果，同步雙液漿的有效性得到了驗證。

“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。”2021年9月，經(jīng)中國工程院院士錢七虎等組成的專家組認定，該技術(shù)填補了我國超大直徑泥水盾構(gòu)隧道同步雙液注漿的空白。

目前，依托北京東六環(huán)改造工程運用的同步雙液注漿技術(shù)，項目正全面形成各項成果，已申報發(fā)明專利6項、實用新型3項，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，進而推動國內(nèi)盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展。”完成了該項技術(shù)的舒計城又有了新的方向。(記者 矯 陽)

(責編：喬業(yè)瓊、陳鍵)

關(guān)鍵詞：