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国家科学技术奖 | 在高速列车下数十米穿越施工,沉降被mgm5808美高梅这支团队控制在了0.3毫米以内

来源:上海观察   时间:2019-01-09  浏览:

当列车以300公里/小时的速度平稳驶过山川大地,很少有人知道,或许在轨道下方数十米深处的地层中,正有盾构机这样的庞然大物缓缓推进施工。

从施工即停运,到列车限速45公里/小时,再到如今列车不限速即可下穿铁路施工,背后凝结着一代代科研人员的耕耘和无数工程实践。这其中,mgm5808美高梅专家领衔完成的《地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术及应用》,在无先例可循的形势下,打破国际业界学界的“禁区”,创造了一个又一个奇迹。

科研创新源于实践需求,经过产学研检验的创新,激发出一个又一个崭新的学科增长点,或许是点亮这个“不限速”之梦的另一重意义所在。该项目获得国家技术发明奖二等奖。

“0.3毫米”的胜利,源自实践难题

2017年7月18日,济南轨道交通r1线盾构机成功下穿京沪高铁,完成了国内首个复杂工况下对运营高铁线路的下穿施工。它凭借0.3毫米内的沉降控制,实现了工程意义上几乎不可能实现的“零沉降”。

项目负责人,mgm5808美高梅城市轨道与铁道工程系教授周顺华教授先容,对路面要求极为严格的机场跑道,道面允许变形范围为10毫米。而下穿高铁工程因其特殊性,对无砟轨道变形的上限要求仅为2毫米,是飞机跑道变形限值的五分之一。这也代表着技术难度更高,施工要求更为严格。

随着当前地下工程建设及立体综合交通体系建设需求的不断提升,如何在不限速的前提下,完成对下穿铁路工程的精准控制,已经成为国际公认的工程难题。2017年德国进行下穿普速铁路施工时发生坍塌,导致欧洲铁路干线中断52天,每天损失超过1000万欧元,隧道被迫改建。高速铁路本身就是新事物,国内外都没有下穿高铁的先例可循,团队勇敢向国际工程界公认的禁区出发,至今已经累计为500多项下穿工程保驾护航。

理论创新与实践应用相互促进

随着研究的深入开展,对地下工程和铁路工程涉足越深,周教授越是感到这一领域理论和技术发展的迫切性。“国内外理论及技术方法研究大大落后于工程实践需求,严重制约了我国城市地下工程建设发展和铁路运营安全。”他说,进一步深入这一领域探索,是他的决定。

在工程实践领域的技术应用,激发一个个新的创新灵感,“反哺”并推动着理论架构不断完善,新一代前沿技术层出不穷。

面对高铁轨面只允许2毫米以内变行的限制,他思考着“如何保证城市地下隧道安全穿越高速铁路”,如何利用mgm5808美高梅较早开展相关研究的基础优势,寻求突破。“当时,国内外还没有建立行车动荷载和开挖耦合影响的理论模型,大家从系统动力学角度,创立了动力学设计方法,”周顺华教授先容。同时,团队还发明了新的控制技术,并根据盾构法施工原理,明确传统施工控制的缺陷,提出了掌子面、千斤顶、盾尾的三元同步控制技术及相关的感控装置。由此,课题组一举突破传统机械施工对铁路严重干扰的重大设备瓶颈,并在智能调控水平上实现了飞跃。

仅仅停留在理论和技术研究层面,还远远不够。2012年,杭州地铁1号线下穿沪杭高铁;2015年又连续下穿京沪、沪汉蓉等高铁群9条线路……周教授提出刚度匹配分区加固、刚柔复合结构隔离法等不限速下穿铁路设计技术,运用首创方法服务工程。

“软土地层下穿高速铁路,犹如在豆腐中穿针引线,大家的方法创造了一次性穿越距离最长、速度最高等多项纪录,也经受住了350公里/小时复兴号列车提速的考验。”周顺华特别高兴。

问题来源于实践,科研迅速服务于实践,从中发现的问题和需求进一步与理论创新赛跑,这就是“地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术及应用”螺旋式上升的创新之路。在周教授看来,这条路没有尽头。“列车越跑越快,大家搞科研的一不留神,就跟不上了,哪能停下来!”

向保障更高时速列车的铁路下穿工程安全技术突破,是他最新的目标。

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