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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    穿越高速鐵路的地下工程

                    2021-01-13 13:04:00

                      當高鐵遇到地鐵

                      2008年北京奧運會前夕,我國首條設計速度為350千米/時的高速鐵路——京津城際鐵路開通,這意味著中國高鐵時代的正式來臨。到2019年年底,我國高鐵運營里程已經超過3.5萬千米,運營和在建規模均為世界第一。高鐵已經成為我國的一張獨特而靚麗的“名片”。

                      隨著城鎮化發展,地下工程建設及立體綜合交通體系建設需求不斷提升,道路、地鐵和市政工程等每年以超過20萬千米的速度增長。作為路權專有、高密度、高運量的城市軌道交通系統,地鐵受到大都市的青睞。與城市中的其他交通工具相比,地鐵具有節省地面空間、減少噪音、節約能源、減少污染、運量大、準時、速度快等優點。截至2019年年底,我國已有30多個城市開通了地鐵,地鐵線路長度超過了5000千米。

                    高鐵

                      城市地下工程建設如火如荼

                      地鐵線路多位于地下,其施工有時需要從地下穿越高速鐵路。與下穿其他建筑施工相比,下穿高鐵施工需要嚴格控制地面變形,僅允許軌面變形2毫米。而對路面要求極為嚴格的機場跑道,道面允許變形范圍為10毫米。高速列車動荷載也對地鐵施工安全有著復雜影響,容易造成列車脫軌、路面坍塌等事故,致使鐵路運輸和工程建設中斷。因此下穿高鐵施工是國際工程界的一大難題,尤其在沿海發達地區,軟土分布廣、高鐵線網多、行車密度大,下穿高鐵施工一度成為技術禁區。

                      傳統施工方法中,下穿鐵路施工技術僅允許列車以45千米/時的速度通行,或者需要采用繞行措施完成施工,這些措施都將造成大量列車晚點或取消,擾亂正常的鐵路運輸秩序。如何在不限速的前提下,完成對下穿鐵路工程的精準控制,已經成為工程界亟須攻克的難題。

                      打破下穿高鐵施工的限速“魔咒”

                      為了解決復雜工程地質條件和嚴格環境制約條件下進行地下工程建設面臨的諸多技術難題,同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室周順華教授,帶領團隊幾十年如一日進行攻關,攻克了地下工程穿越高速鐵路設計方法、施工變形控制技術體系和智能化施工裝置制造等關鍵瓶頸技術,形成了地下工程穿越高速鐵路的精細化控制技術體系,推動了我國地下工程領域技術水平的大幅度提升。

                    地鐵

                      下穿高鐵施工難度極大

                      不限速下穿高鐵設計方法:針對國內外傳統下穿鐵路技術需要對列車限速或繞行,以及沒有統一的下穿鐵路設計模式的現狀,研究團隊以控制開挖應力釋放為目標,發明了棚架法、剛柔復合結構隔離、地基分區加固等不限速下穿鐵路設計技術,首次完成了不限速下穿300千米/時運營高鐵的工程施工。

                      施工變形控制技術:研究團隊基于動態平衡開挖應力釋放理念,發明了軌區高精度自動監測、實時預警、下穿施工參數精細化自動補償三大施工控制技術,使軌區自動監測精度達到0.5毫米,下穿高鐵施工產生的變形小于2毫米,達到了隧道施工變形控制的國際最高水平。

                      智能化施工裝置:研究團隊發明了下穿施工開挖應力自動平衡的智能型施工裝置,包括盾構機土倉渣土智能感知調控裝置、長管棚智能化導向定位糾偏裝置、水平循環置換成樁加固裝置,填補了國內外空白。

                      實踐檢驗

                      研究團隊的成果成功應用于軟土地層首次一次性穿越26股道、下穿300千米/時高鐵、高鐵咽喉道岔區及高鐵群等工程實踐,創造了一次性穿越距離最長、速度最高、高鐵線路最密集和下穿高鐵咽喉道岔區4項國際工程紀錄,并在下穿京滬、京廣、滬昆、杭深等高鐵的數百項工程中得到推廣應用。

                      地下工程穿越高速鐵路的精細化控制技術體系,為不限速下穿高鐵工程提供了關鍵技術支撐,有力解決了軌道交通、道路、市政設施等建設與鐵路運輸運能保障之間的矛盾,在保障鐵路運營安全、運輸正點率方面發揮了重大作用。

                      文/姚晨輝

                    本文來自《科學畫報》

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