新天工開物：解鎖“大盾構穿城”的科技密碼

　　2025年11月21日，“新天工開物——科技成就發佈會”盾構裝備工程專場在國家科技傳播中心舉行。中鐵十四局集團有限公司發佈的“大直徑盾構穿越城市核心區關鍵技術”，以三項突破性創新成果，揭秘“盾構穿城”難題的破解密碼，引發廣泛關注。

　　中國工程院院士、西南交通大學首席教授何川評價稱：“中鐵十四局研發的大直徑盾構穿越城市核心區關鍵技術，正是破解系列難題的集大成之作。相關實踐成果在安全、效率、環保等方面展現了獨創性，取得顯著的社會經濟效益。”

　　城市核心區盾構穿越的“毫米級手術”——微擾動控制技術體系應用

　　城市核心區地下，密集的市政管線、運作中的地鐵線路、繁華的商業街區交織成城市的“生命網路”。在這裡實施盾構掘進，如同“在跳動的心臟上做顯微手術”——任何微小的擾動都可能引發管線破裂、地面沉降，甚至威脅地鐵運營安全。

　　以京張高鐵清華園隧道工程為例，盾構機需從北京地鐵10號線正下方5.4米穿過，同時跨越7條主幹道、88條市政管線，並與地鐵13號線“擦肩而過”。

　　“我們用的盾構機‘天佑號’，直徑12.64米，當時是北京地下最大的，相當於4層樓高。這麼個大傢夥在地下轉動，稍微碰一下，周圍的管線和建築就危險了。”中鐵十四局集團大盾構公司盾構掘進管理中心副主任趙斌説。

　　北京地下的卵石層，就像個巨大的、混亂的“石子堆”。清華園隧道工程施工區域經過交通樞紐，無法提前把所有地方都勘探清楚。因此，掌握在這種地層下大直徑盾構機擾動原理，打造一套能“超前預判、全程可控”的技術體系，成為重中之重。

　　為此，中鐵十四局團隊開發了項目的“數字孿生”模型，創新地改進了地層的計算模型，讓電腦能更準確地預測盾構機挖過去之後，地層會怎麼變形；打造“等比例沙盤”，搭建起一個縮小的隧道試驗臺，在上面反覆模擬施工；總結出一套“全流程式控制制法”，研發了針對泥水盾構的四大精細調控技術，相當於給盾構機制定了嚴格的“微擾動”操作手冊。

　　憑藉這樣的“神器”和“攻略”，開工一年半後，施工團隊在下穿地鐵10號線的最關鍵一戰中，在地鐵停運的6小時“黃金窗口期”內成功完成穿越，將地鐵軌道沉降牢牢控制在1毫米之內監測數據印證了技術的可靠性。

　　最終，清華園隧道用12個月實現全線貫通，不僅安全穿越了北京核心區，還創造了單日掘進22米、單月474米的城市盾構新紀錄。

　　廢漿變“清泉”的綠色革命——泥漿綠色處理技術創新實踐

　　盾構機在施工中每天要“吃”進大量岩土，“排”出來的東西如何進行環保處理成為難題。

　　“泥水系統，就像是盾構機的‘血液迴圈系統’，既要維持工作面穩定，又要負責把挖下來的渣土運出來。”趙斌説，在清華園隧道施工中，這個“血液迴圈系統”就遇到了兩個大的挑戰。

　　北京地下又硬又尖卵石反覆撞擊泥漿輸送管路，管道易磨穿漏漿，既耽誤工期又浪費成本。而且，廢漿裏的超細泥土顆粒像“麵粉”一樣很難分離，傳統工藝要麼尾水不清，要麼渣土無法再利用，不符合環保要求。

　　泥水準衡盾構施工中，泥漿迴圈系統是“血液”——既能平衡掌子面壓力，又能攜帶渣土排出。但傳統工藝中，每掘進1米需消耗35立方米新漿，産生的廢漿因含泥沙、化學添加劑等成分，若處理不當易造成土壤污染與水資源浪費。

　　面對難題，中鐵十四局團隊構建了大盾構泥漿高效輸送、綠色處理及再利用技術體系。一方面，通過探明高滲透砂卵石地層泥漿滲透成膜機理及環流系統卵石移運規律，保障了開挖面穩定及泥漿環流系統高效運轉。另一方面，研發帶式壓濾泥漿處理系統，攻克了廢漿環保處理難題，實現了泥水盾構固液分離。處理後的清水重復迴圈使用，分離出的渣土變廢為寶。

　　“我們最高日處理廢漿5000立方米，整條隧道處理廢漿130萬立方米，做到了零排放、零污染，達到了環保綠色施工目標。”趙斌説。

　　為盾構施工裝上“智慧腦”與“透視眼”——智慧建造的系統創新

　　過去很長一段時間，隧道施工現場澆築混凝土的“手工作坊”模式，存在工期長、品質波動大、人工成本高等問題。

　　隨著城市化進程加速，縮短工期、提升品質成為城市隧道建設的迫切需求。中鐵十四局團隊率先在行業裏推行盾構施工“全預製拼裝”理念，並構建了一整套的智慧建造體系。

　　“簡單説，就是隧道裏的所有部件，比如管片、軌下基礎、各種溝槽，全部在工廠裏提前做好，”趙斌形象地比喻預製部件運到現場後的施工過程，“像搭樂高積木一樣拼裝起來。”通過全預製拼裝，清華園隧道僅軌下結構施工就節省了近6個月工期。

　　為了能打造真正實用的一套智慧建造系統，中鐵十四局團隊從預製生産管理資訊系統的開發，到箱涵拼裝機器人的研製，再到盾構隧道全預製軌下結構注漿的新材料、新工藝以及智慧控制注漿機的研發，對全鏈條進行系統化技術創新。

　　不僅如此，團隊為破解盾構穿越城市密集區時地層擾動和周邊風險源狀態不清的“黑匣子”問題，還開發了隧道智慧建造系統；打造BIM協同管理系統，提高作業協同效率，逐步實現應急指揮及盾構施工智慧化控制。

　　“智慧腦”與“透視眼”的加持下，在清華園隧道中施工的“天佑號”盾構機，化身為一台巨型智慧機器人。盾構機上搭載了幾千個感測器與作業系統，具有感知、修正和自動調節功能，設備狀況、地下工況等數據，實時同步至千公里之外的南京指揮中心。在那兒，中鐵十四局的盾構專家可24小時提供遠端監控和技術服務。趙斌表示，在智慧建造系統加持下的天佑號盾構機“自動化程度高、施工速度快。”

　　從依賴進口到自主創新，從“能用”到“好用”，從“跟跑”到“並跑”再到部分“領跑”，中國盾構技術用30年時間完成了歷史性跨越。清華園隧道的成功貫通，則以科技之力打通城市“地下動脈”，讓世界看到了中國基建的“創新速度”，塑造了城市核心區盾構施工的“中國標準”，為全球地下工程環保施工貢獻了“中國方案”。