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春風隧道引領大直徑地下隧道工程創(chuàng)新
2020-08-17 來源:深圳特區(qū)報 

  國內(nèi)最大直徑盾構機穿越,BIM技術建模,InSAR衛(wèi)星遙感監(jiān)測,AI人工智能監(jiān)控,AR/VR、3D場景應用進行人員安全教育和技術交底,一體化可視實時安全管控平臺,“6S”工廠化管理,錢七虎、龔曉南、陳湘生等12位隧道與地下工程行業(yè)資深專家組成的專家委員會全過程技術把脈……這些領先的科技、技術、裝備和團隊就出現(xiàn)在春風隧道建設現(xiàn)場。

  今年是深圳經(jīng)濟特區(qū)建立40周年,面對突如其來的疫情,深圳沒有放慢“雙區(qū)”建設的步伐,開足馬力跑出邁向全球標桿城市的“加速度”。作為灣區(qū)核心引擎,品質一流的交通設施是實現(xiàn)發(fā)展的基礎保障,按照市委市政府的部署,深圳市交通運輸局提出打造品質交通、勇當建設交通強國的先鋒城市,位于羅湖區(qū)由中國中鐵承建的春風隧道工程無疑是品質交通工程建造的工程范例。

  ●建設高架+隧道立體道路,提升城市交通供給

  碧波蕩漾的南澳島、椰風靈韻的大小梅沙、云海幽谷的東部華僑城,這些東部美景是深圳人和所有到深圳旅游觀光客人打卡必到之處。然而通往東部地區(qū)的必經(jīng)之路,由濱海大道、濱河大道、上步高架、春風高架、沿河南路等共同構成的深圳“南環(huán)”快速路系統(tǒng)中,由于春風高架主線基本車道數(shù)不連續(xù)、道路狹窄、線形指標低等諸多原因,造成道路長期交通擁堵。按照市委市政府部署,深圳市交通運輸局規(guī)劃建設春風隧道工程,在春風高架南側地下新增一條連接濱河大道和沿河路的雙向四車道的快速通道。

  春風隧道工程所處的羅湖老城區(qū)歷史年代久遠、地面建筑物密集,不具備同時開挖兩條機動車隧道的用地條件。如何在現(xiàn)有條件下,在對現(xiàn)行交通及周邊建筑物影響最小的情況下實現(xiàn)通行能力的最大提升,考驗著交通規(guī)劃部門的智慧。為此交通規(guī)劃部門大膽創(chuàng)新,組織專家多次實地勘察,經(jīng)過多方反復調(diào)研論證,綜合考慮場地狹小、通行效果,以及安全施工等因素,決定將春風隧道創(chuàng)新設計為深圳首條“單洞雙層”結構的機動車隧道,隧道分上下兩層車道,每層單向2車道加連續(xù)緊急停車帶,為小客車專用通道。隧道西起濱河大道上步立交東側,自西向東敷設,止于北斗路東側歸入沿河南路,在新秀立交西側與東部過境高速公路市政連接線配套工程相接,隧道全長5.08公里,其中盾構段長3.6公里。

  “單洞雙層”隧道很好地解決了場地狹窄、周邊影響、通行干擾、空間布局等問題,隧道建成后將形成“春風路高架+春風隧道”的立體交通走廊,打通春風路交通瓶頸,極大提升交通通行能力,極大改善“南環(huán)”快速系統(tǒng)的交通通行效率,對促進深圳東部地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的意義。

  ●央企地方合作創(chuàng)新裝備,研制國際領先盾構機

  “單洞雙層”隧道的設計理念形成后,隨之而來的是如何施工建造的問題。根據(jù)設計參數(shù),要保證足夠的空間和通行能力,“單洞雙層”隧道必須借助于先進的盾構機等大型設備一次成型,方能保證將設計理念轉化為實際產(chǎn)品。盾構機是應用于全斷面隧道掘進的超大型專用工程機械,長期以來制造技術被美國、德國等少數(shù)西方國家壟斷。

  唯改革創(chuàng)新者勝。市交通運輸局與中國中鐵加強合作,由中國中鐵所屬中鐵南方集團、中鐵工程裝備集團、中鐵隧道集團聯(lián)合研發(fā)基于春風隧道施工作業(yè)的盾構機,廣大技術人員依托落戶于中鐵隧道局集團的隧道掘進技術國家重點實驗室,歷時一年的科研攻關,集成數(shù)百項技術創(chuàng)新,直徑15.80米的國內(nèi)最大直徑泥水平衡盾構機于2018年9月在鄭州成功下線。該盾構機命名為“春風號”,盾構機高度超過5層樓房,盾構機總長135米,重達4800噸,盾構機開挖斷面是常規(guī)地鐵盾構機的6.2倍,功率超過1.15萬千瓦,比“復興號”高鐵的總牽引動力高10%;推力高達2.46萬噸,是我國最大運載火箭“長征五號”的24倍,擁有完全自主知識產(chǎn)權,代表著國際領先水平。

  “春風號”盾構機多項創(chuàng)新技術開創(chuàng)先河,帶壓進倉是傳統(tǒng)隧道施工中的高風險作業(yè),而春風隧道施工中盾構機采用常壓換刀刀盤,刀具在刀盤后方常壓環(huán)境下完成更換,安全性和工作效率大大提高。同時“春風號”盾構機管路延伸零排放收漿設計,實現(xiàn)了泥漿的零泄漏、零污染,從施工源頭杜絕了施工對環(huán)境造成的污染。“春風號”盾構機的創(chuàng)新成果得到國務院國資委的高度認可,與北斗衛(wèi)星全球組網(wǎng)、“嫦娥四號”登陸月背等同時入選“2018年度央企十大創(chuàng)新工程”,成為引領交通建設的國之重器。

  ●深化科技攻關,引領超大地下工程建設創(chuàng)新

  有了先進的盾構機裝備,科學有序高效生產(chǎn)組織就成了關鍵管理難題。春風隧道工程將穿越布吉河、廣深鐵路等多處重大風險源,隧道平均埋深約20米,最小埋深6.9米,下穿廣深鐵路羅湖站時達到全線最大埋深46.3米。在主城區(qū)地下開挖超大直徑隧道,在國內(nèi)同類型市政工程中尚屬首例。此外,工程地處繁華鬧市區(qū),交通十分繁忙擁堵,進一步加大了工程的施工難度。

  在市交通運輸局的統(tǒng)籌安排部署下,市交通公用設施建設中心、中鐵南方、中鐵隧道圍繞現(xiàn)場密集前期施工調(diào)查,制定施工方案,深化科技攻關,創(chuàng)新一系列組合拳,以“新施工難度、新建設理念、新技術應用”引領我國超大直徑、超大地下工程領域的一次歷史性跨越。

  打造“科技建造”示范工程。春風隧道項目引入BIM建筑信息模型、InSAR衛(wèi)星遙感監(jiān)測、AI人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同工作模式等一系列最新科技技術,全面提升科技建造實力水平。其中,采用InSAR技術對隧道沿線一公里范圍進行毫米級沉降監(jiān)測,共獲取5萬多個位點數(shù)據(jù),建立了一套立體的、全天候的沉降監(jiān)測網(wǎng),通過風險分級管控提供輔助決策。通過BIM技術應用,輔助實施設計方案比選,實現(xiàn)工程資料平臺整合、云端存儲、電子化歸檔。通過對超大型設備模塊化組裝、道路交通疏解、場地布置等進行模擬仿真,達到設計方案展示可視化、三維選線可視化、管線碰撞檢查可視化、施工交底可視化、場地布置可視化,為科學決策提供重要依據(jù)。

  打造“智慧建造”示范工程。由市交通運輸局全程主導,組建了“春風隧道安全風險管控平臺”,平臺實現(xiàn)了盾構機實時監(jiān)測、隧道周邊建筑物沉降監(jiān)測分析、施工風險分級管控、施工現(xiàn)場實時監(jiān)控、作業(yè)人員動態(tài)管理、違章作業(yè)智能識別抓拍等一體化整合,形成強大的“智慧大腦”。管控平臺綜合地質信息、風險源分析、沉降監(jiān)測等數(shù)據(jù)進行評估分析,為盾構機應對復雜多變的地質環(huán)境、動態(tài)調(diào)整掘進參數(shù)提供技術支持,“一環(huán)一策”。“春風隧道安全風險管控平臺”以系統(tǒng)化風險管理為核心,以檢測、監(jiān)測管理為抓手,構建全過程風險管控體系,永臨結合、建管結合、監(jiān)(測)管(理)結合,實現(xiàn)全壽命周期的全自動化監(jiān)測預警網(wǎng)絡,打造智慧建造新高地。

  打造“安全建造”示范工程。項目按照打造超級盾構旗艦品牌要求,創(chuàng)新安全文明標準化施工管理,引入“6S”工廠化管理理念,實行定制化管理,施工現(xiàn)場人車分離,大型機具定點圍蔽存放,現(xiàn)場材料按區(qū)按功能分類堆碼,規(guī)整分類。將安全管理與信息化技術結合,通過智能配電箱、起重吊裝設備主動安全防護、施工監(jiān)測與重大風險管控平臺等手段,促進項目實現(xiàn)本質安全。項目采用AR/VR對進場人員進行安全教育,運用3D動畫對作業(yè)人員進行技術交底,為工程安全高效推進提供有力技術保障。

  打造“綠色建造”示范工程。泥水平衡盾構機掘進過程中,特制泥漿攜帶渣土、碎石輸送到分離廠,經(jīng)過泥水分離后泥漿輸送至隧道內(nèi)循環(huán)利用,過程中實現(xiàn)了零排放、零污染。同傳統(tǒng)的鉆爆法相比,盾構法在控制建構筑物沉降、降低周邊環(huán)境擾動、防止揚塵污染和噪音污染方面具有顯著優(yōu)勢。

  打造“品質建造”示范工程。春風隧道按照“首件先行、樣板引路”的總體思路,根據(jù)不同工序特點、對工程實體質量建立質量控制點,用實測檢測手段進行動態(tài)的施工質量管理。春風隧道建設過程中,按照“深圳質量、品質交通”要求,對隧道管片、口子件等預制構件實施溯源管理,通過電子二維碼身份證一鍵掃碼實現(xiàn)預制構件生產(chǎn)流程、原材料來源、驗收資料等信息可查、可追溯。項目積極依托市交通建設創(chuàng)新研究中心平臺,大力推廣“五小四新”(小發(fā)明、小改造、小創(chuàng)新、小專利和小設計,新技術、新設備、新材料、新工藝)成果應用,積極推動施工班組標準化建設,支持班組開展三微改(工藝微改進、設備微改造、工法微改良)、QC小組等活動,通過強化工程質量管理體系,確保工程質量達到深圳市優(yōu)質結構工程、深圳市優(yōu)質工程及廣東省建設工程優(yōu)質獎標準,全部單項工程達到驗收合格標準,爭創(chuàng)“中國建設工程魯班獎”。

  ●改革創(chuàng)新,勇當深圳城市交通建設排頭兵

  為了更好地加強在深工程管理,中國中鐵在深圳成立華南區(qū)域總部、中鐵南方投資集團有限公司,并且聯(lián)合本地建筑企業(yè)加強合作,積極參與深圳重大基礎設施投資建設,在深圳城市基礎設施建設領域發(fā)揮排頭兵作用。在市交通運輸局等行業(yè)主管部門的統(tǒng)一領導下,中國中鐵全面發(fā)揮自身在盾構施工方面的優(yōu)勢,加快深圳第一條跨海隧道——媽灣跨海通道的建設,這是深圳第一條跨海通道,工程難度大、施工風險高。中國中鐵發(fā)揮先進盾構設備制造技術和復雜地質條件盾構設計施工一體化經(jīng)驗,專門研制了一臺15.53米超大直徑泥水平衡盾構機施工,為項目建設提供最先進的裝備支持。項目首次創(chuàng)新運用5G和北斗高精度定位技術,有效解決了以往項目樁基存在垂直度偏差大的問題。此外媽灣跨海通道工程還大力推廣高效環(huán)保的裝配式道路應用、泡沫輕質土新材料應用、混凝土路面智能激光整平攤鋪技術、智能“VR-720°”全景技術交底等新技術、新材料、新工藝,以數(shù)字化、智能化引領智能建造、產(chǎn)業(yè)升級。

  濱海大道交通綜合改造工程屬深圳市政府的重點項目,項目西起沙河東路立交,東至廣深高速公路,其中主線下沉隧道暗埋段長度1057米、敞開段503米,地面改造段長度4390米。為支撐超總片區(qū)高強度開發(fā),下沉段設計與片區(qū)規(guī)劃緊密結合,將穗莞深城際超級總部站、地下港灣式公交??空尽⑹姓淼郎舷乱惑w化設計和施工,并做好與超總地下空間的銜接預留,開創(chuàng)深圳新片區(qū)發(fā)展模式。市交通運輸局貫徹“五個轉變”思想,創(chuàng)新以EPC工程總承包模式進行建設,經(jīng)嚴格招投標程序,中國中鐵中標承建濱海大道綜合改造工程,通過加強前期設計,減少后期變更,確保投資規(guī)模控制在交通規(guī)劃匡算投資內(nèi),EPC模式有利于控制投資規(guī)模、加快建設進程、提升建造品質、有效降低廉政風險等諸多優(yōu)勢,創(chuàng)新了深圳市政建設模式,為難度大的基礎設施項目建設提供了有益借鑒。



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