新天工开物：解锁“大盾构穿城”的科技密码

2025年11月21日，“新天工开物——科技成就发布会”盾构装备工程专场在国家科技传播中心举行。中铁十四局集团有限公司发布的“大直径盾构穿越城市核心区关键技术”，以三项突破性创新成果，揭秘“盾构穿城”难题的破解密码，引发广泛关注。

中国工程院院士、西南交通大学首席教授何川评价称:“中铁十四局研发的大直径盾构穿越城市核心区关键技术，正是破解系列难题的集大成之作。相关实践成果在安全、效率、环保等方面展现了独创性，取得显著的社会经济效益。”

城市核心区盾构穿越的“毫米级手术”——微扰动控制技术体系应用

城市核心区地下，密集的市政管线、运行中的地铁线路、繁华的商业街区交织成城市的“生命网络”。在这里实施盾构掘进，如同“在跳动的心脏上做显微手术”——任何微小的扰动都可能引发管线破裂、地面沉降，甚至威胁地铁运营安全。

以京张高铁清华园隧道工程为例，盾构机需从北京地铁10号线正下方5.4米穿过，同时跨越7条主干道、88条市政管线，并与地铁13号线“擦肩而过”。

“我们用的盾构机‘天佑号’，直径12.64米，当时是北京地下最大的，相当于4层楼高。这么个大家伙在地下转动，稍微碰一下，周围的管线和建筑就危险了。”中铁十四局集团大盾构公司盾构掘进管理中心副主任赵斌说。

北京地下的卵石层，就像个巨大的、混乱的“石子堆”。清华园隧道工程施工区域经过交通枢纽，无法提前把所有地方都勘探清楚。因此，掌握在这种地层下大直径盾构机扰动原理，打造一套能“超前预判、全程可控”的技术体系，成为重中之重。

为此，中铁十四局团队开发了项目的“数字孪生”模型，创新地改进了地层的计算模型，让电脑能更准确地预测盾构机挖过去之后，地层会怎么变形；打造“等比例沙盘”，搭建起一个缩小的隧道试验台，在上面反复模拟施工；总结出一套“全流程控制法”，研发了针对泥水盾构的四大精细调控技术，相当于给盾构机制定了严格的“微扰动”操作手册。

凭借这样的“神器”和“攻略”，开工一年半后，施工团队在下穿地铁10号线的最关键一战中，在地铁停运的6小时“黄金窗口期”内成功完成穿越，将地铁轨道沉降牢牢控制在1毫米之内监测数据印证了技术的可靠性。

最终，清华园隧道用12个月实现全线贯通，不仅安全穿越了北京核心区，还创造了单日掘进22米、单月474米的城市盾构新纪录。

废浆变“清泉”的绿色革命——泥浆绿色处理技术创新实践

盾构机在施工中每天要“吃”进大量岩土，“排”出来的东西如何进行环保处理成为难题。

“泥水系统，就像是盾构机的‘血液循环系统’，既要维持工作面稳定，又要负责把挖下来的渣土运出来。”赵斌说，在清华园隧道施工中，这个“血液循环系统”就遇到了两个大的挑战。

北京地下又硬又尖卵石反复撞击泥浆输送管路，管道易磨穿漏浆，既耽误工期又浪费成本。而且，废浆里的超细泥土颗粒像“面粉”一样很难分离，传统工艺要么尾水不清，要么渣土无法再利用，不符合环保要求。

泥水平衡盾构施工中，泥浆循环系统是“血液”——既能平衡掌子面压力，又能携带渣土排出。但传统工艺中，每掘进1米需消耗35立方米新浆，产生的废浆因含泥沙、化学添加剂等成分，若处理不当易造成土壤污染与水资源浪费。

面对难题，中铁十四局团队构建了大盾构泥浆高效输送、绿色处理及再利用技术体系。一方面，通过探明高渗透砂卵石地层泥浆渗透成膜机理及环流系统卵石移运规律，保障了开挖面稳定及泥浆环流系统高效运转。另一方面，研发带式压滤泥浆处理系统，攻克了废浆环保处理难题，实现了泥水盾构固液分离。处理后的清水重复循环使用，分离出的渣土变废为宝。

“我们最高日处理废浆5000立方米，整条隧道处理废浆130万立方米，做到了零排放、零污染，达到了环保绿色施工目标。”赵斌说。

为盾构施工装上“智慧脑”与“透视眼”——智能建造的系统创新

过去很长一段时间，隧道施工现场浇筑混凝土的“手工作坊”模式，存在工期长、质量波动大、人工成本高等问题。

随着城市化进程加速，缩短工期、提升质量成为城市隧道建设的迫切需求。中铁十四局团队率先在行业里推行盾构施工“全预制拼装”理念，并构建了一整套的智能建造体系。

“简单说，就是隧道里的所有部件，比如管片、轨下基础、各种沟槽，全部在工厂里提前做好，”赵斌形象地比喻预制部件运到现场后的施工过程，“像搭乐高积木一样拼装起来。”通过全预制拼装，清华园隧道仅轨下结构施工就节省了近6个月工期。

为了能打造真正实用的一套智能建造系统，中铁十四局团队从预制生产管理信息系统的开发，到箱涵拼装机器人的研制，再到盾构隧道全预制轨下结构注浆的新材料、新工艺以及智能控制注浆机的研发，对全链条进行系统化技术创新。

不仅如此，团队为破解盾构穿越城市密集区时地层扰动和周边风险源状态不清的“黑匣子”问题，还开发了隧道智能建造系统；打造BIM协同管理系统，提高作业协同效率，逐步实现应急指挥及盾构施工智能化控制。

“智慧脑”与“透视眼”的加持下，在清华园隧道中施工的“天佑号”盾构机，化身为一台巨型智能机器人。盾构机上搭载了几千个传感器与操作系统，具有感知、修正和自动调节功能，设备状况、地下工况等数据，实时同步至千公里之外的南京指挥中心。在那儿，中铁十四局的盾构专家可24小时提供远程监控和技术服务。赵斌表示，在智能建造系统加持下的天佑号盾构机“自动化程度高、施工速度快。”

从依赖进口到自主创新，从“能用”到“好用”，从“跟跑”到“并跑”再到部分“领跑”，中国盾构技术用30年时间完成了历史性跨越。清华园隧道的成功贯通，则以科技之力打通城市“地下动脉”，让世界看到了中国基建的“创新速度”，塑造了城市核心区盾构施工的“中国标准”，为全球地下工程环保施工贡献了“中国方案”。

免责声明：该文章系本站转载，旨在为读者提供更多信息资讯。所涉内容不构成投资、消费建议，仅供读者参考。