北京城市副中心站綜合交通樞紐工程、東六環(huán)入地改造工程，以及涵蓋劇院、圖書館、博物館在內(nèi)的城市副中心三大建筑工程，被視為城市副中心建設(shè)的三大超級工程。超級工程之所以“超級”，不僅體現(xiàn)在規(guī)劃和建造體量上，在這些備受矚目的宏大工程背后，更有許多不為人知的高精尖“黑科技”，助力其成功突破重重技術(shù)難關(guān)，成為全市、全國乃至全球相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的“吃螃蟹”者。

　　日前，記者先后探訪了三大工程的施工現(xiàn)場，帶您一起掀開這些“黑科技”的面紗，品味城市副中心建設(shè)中令人嘆服的科技魅力。

　　首創(chuàng)工藝 自主創(chuàng)新技術(shù)強(qiáng)

　　全球首家“超高玻璃幕墻”森林書苑

　　北京城市副中心劇院、圖書館、博物館三大建筑及共享配套設(shè)施項(xiàng)目于2019年10月28日開工，目前正在有條不紊地推進(jìn)中。北投集團(tuán)三大建筑項(xiàng)目部總經(jīng)理陳宏達(dá)透露，項(xiàng)目已進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)施工階段并全面沖出“地平線”，預(yù)計于2022年12月底實(shí)現(xiàn)工程竣工。

　　城市副中心站綜合交通樞紐項(xiàng)目工地大型機(jī)械矗立如林，巨型鋼柱將撐起站房的主體結(jié)構(gòu)。

　　城市副中心圖書館的建筑面積約7.5萬平方米，其設(shè)計理念源于中國傳統(tǒng)文化符號“赤印”。屋頂?shù)臉錉罱ㄖY(jié)構(gòu)宛如森林傘蓋，而筑起這片“森林”的，是一款無龍骨全通透的超高玻璃幕墻。

　　為了使項(xiàng)目整體效果更通透、造型新穎、個性鮮明，打造地標(biāo)性建筑，該項(xiàng)目將采用高度方向無分格的超高玻璃幕墻，為讀者提供更加明亮的讀書環(huán)境。“圖書館項(xiàng)目即將投入使用的超高玻璃幕墻無論從外形還是受力體系上，都屬國內(nèi)首創(chuàng)，在國際上也并無先例。”中鐵建工集團(tuán)圖書館項(xiàng)目總工程師李勇介紹，這座超高玻璃幕墻由276塊玻璃圍繞而成，最高的玻璃高達(dá)15.05米，最大的板塊重量達(dá)到10.77噸。

　　李勇介紹，幕墻的無龍骨設(shè)計是工程的一大亮點(diǎn)，“幕墻板塊互為支撐體系，板塊間為鋸齒形設(shè)計，板塊夾角也在不規(guī)則變化。”通過互相支撐，承受水平荷載。最大的玻璃板塊寬2.5米,高15.05米，這么大的玻璃板塊需要切角、開豁，這種玻璃加工工藝在國內(nèi)只有少數(shù)廠家可以做，且玻璃板塊總厚度更是達(dá)到132.6毫米。板縫需采用分縫打膠的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，這項(xiàng)工程的實(shí)踐也將在一定程度上推動我國玻璃原片制造、高大玻璃深加工及膠合、超高幕墻施工等技術(shù)進(jìn)入國際一流水平。

　　目前，圖書館地下室鋼結(jié)構(gòu)已基本完成，地上鋼結(jié)構(gòu)完成了20%。“超高玻璃幕墻”將于今年6月開始作業(yè)，屆時，設(shè)計獨(dú)特的現(xiàn)代大型公共圖書館將拔地而起。

　　中國超大直徑盾構(gòu)隧道施工

　　結(jié)束依靠國外品牌時代

　　東六環(huán)改造工程全長約16.3公里。項(xiàng)目分為直接加寬與入地改造兩部分，其中入地段為京津公路南側(cè)至潞苑二街北側(cè)，隧道長度9.2公里。隧道采用明挖與盾構(gòu)結(jié)合工法，盾構(gòu)掘進(jìn)長度7.4公里。

　　當(dāng)前，“京華號”盾構(gòu)機(jī)調(diào)試完成并試運(yùn)轉(zhuǎn)，“運(yùn)河號”盾構(gòu)機(jī)也已組裝完成進(jìn)入調(diào)試階段，待“京華號”始發(fā)一個半月后，也將始發(fā)。兩臺盾構(gòu)機(jī)未來將間隔200米一前一后挖掘隧道。

　　在項(xiàng)目施工現(xiàn)場，記者見到了這兩臺超大直徑復(fù)合泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。“京華號”最大開挖直徑16.07米，整機(jī)長150米，總重量4300噸。“運(yùn)河號”最大開挖直徑同樣為16.07米，整機(jī)總長約145米，總重量約4500噸。這兩臺“大家伙”的投用，標(biāo)志著中國超大直徑盾構(gòu)隧道施工依靠國外品牌時代的終結(jié)。

　　“‘京華號’盾構(gòu)機(jī)是中國迄今研制的最大直徑、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，高度超過了5層樓。”中鐵十四局東六環(huán)改造工程項(xiàng)目部工程部副部長陳建介紹，之所以選擇如此大直徑盾構(gòu)機(jī)，是為滿足該項(xiàng)目高速公路80公里時速的三車道通行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，且不受天氣影響，可更好發(fā)揮自動化智能化優(yōu)勢。

　　為了確保在地表下精準(zhǔn)走位、準(zhǔn)確施工，“京華號”盾構(gòu)機(jī)裝有高精度測量和導(dǎo)航系統(tǒng)，動態(tài)顯示當(dāng)前位置相對于隧道設(shè)計軸線的位置偏差，準(zhǔn)確度精準(zhǔn)到毫米級。

　　在開掘過程中，隧道需穿越粉細(xì)沙、中粗沙及黏性土交互層等地質(zhì)，聽上去“軟”，實(shí)際卻是“硬骨頭”。工程專家告訴記者，中粗沙中的石英含量高，“日常生活中的磨刀石常用的就是石英，磨刀石能‘磨鋼’。這次盾構(gòu)機(jī)刀盤就要比鋼更硬，是含有錳、鉻等元素的特殊合金刀具，減少磨損。”刀夠硬，換刀也要夠快。目前，“京華號”盾構(gòu)機(jī)采用的是更安全、更高效的第三代常壓換刀技術(shù)。

　　陳建介紹，地層中富水高壓，以前工作人員只能帶壓換刀，要像“潛水員”一樣，在壓力環(huán)境下操作。換一次刀具需要經(jīng)過繁瑣的加壓、減壓等過程，常要花上一天時間?，F(xiàn)在采用了常壓換刀，就是在刀盤內(nèi)部設(shè)置一個刀箱，工作人員鉆到里面，最快40分鐘就能輕松更換刀具，更加安全高效。

　　“京華號”的兄弟“運(yùn)河號”，同樣是完全自主研發(fā)設(shè)計制造的中國最大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，首次采用了全球首創(chuàng)長距離掘進(jìn)不換刀技術(shù)，可連續(xù)掘進(jìn)4800米不換刀，極大降低工程風(fēng)險。

　　國內(nèi)首次地下減隔震 源頭保護(hù)文物安全

　　城市副中心首都博物館（東館）是鑲嵌在城市森海中的“古韻風(fēng)帆”，又名“運(yùn)河之舟”，集收藏保管、開放式展陳、科學(xué)研究、社會教育、文保修復(fù)等功能于一體，定位為智慧型綜合博物館。項(xiàng)目建筑面積約為9.97萬平方米，建筑高度35米，最高點(diǎn)48米，日接待量約為6000人次。目前，項(xiàng)目處于混凝土結(jié)構(gòu)施工階段，局部混凝土結(jié)構(gòu)封頂。

　　除了常規(guī)施工外，這里還有一項(xiàng)“隱藏”技術(shù)難點(diǎn)——為了保證館藏文物的安全，該項(xiàng)目采取先進(jìn)的減隔震技術(shù)，有效減小地震作用對上部結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，保護(hù)文物。

　　據(jù)介紹，博物館的隔震層位于地下一層下方，設(shè)有242個隔震支座，支座類型有無鉛芯橡膠支座、鉛芯橡膠支座、彈性滑板支座等，隔震支座最大直徑1500毫米，可在罕遇地震作用下達(dá)到600毫米變形不破壞。

　　“博物館緊鄰地鐵，地鐵在運(yùn)營過程中將產(chǎn)生一定的振動，通過隔震層的設(shè)計，可降低地鐵運(yùn)營期間振動對上部工程的影響，提高工程使用的舒適度。”北京城建集團(tuán)博物館項(xiàng)目副經(jīng)理彭志勇為記者揭秘該建筑的抗震秘訣。特別設(shè)置的隔震層可顯著降低地震對上部結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，上部結(jié)構(gòu)的北京地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8°，采用隔震層的方案，可在設(shè)計階段降低計算抗震設(shè)防烈度，降低上部結(jié)構(gòu)工程的建造成本。

　　“三超”地下工程作業(yè)門道多

　　北京城市副中心站綜合交通樞紐是亞洲最大的地下綜合交通樞紐。該項(xiàng)目地下總建筑面積約128萬平方米，建設(shè)內(nèi)容包括接駁場站、綜合交通樞紐配套、公共服務(wù)空間、市政配套設(shè)施等，預(yù)計2024年底具備通車條件。

　　該項(xiàng)目屬于超深、超大、超長地下工程，不僅存在大跨、大開洞、咽喉區(qū)柱網(wǎng)變化大等不利結(jié)構(gòu)條件，同時還處于富水砂層且周邊緊臨既有運(yùn)營國鐵、地鐵、道路和重要管線，整體工程風(fēng)險高，實(shí)施難度可想而知。

　　該工程創(chuàng)新采用很多超常規(guī)工程技術(shù)措施，包括T型地下連續(xù)墻、砂土地層大直徑擴(kuò)底樁、擴(kuò)大頭可回收預(yù)應(yīng)力錨索、高精度樁柱定位，以及緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔樁、擠擴(kuò)支盤樁、超級旋噴樁封底加固等工藝。這些技術(shù)措施在北京少有應(yīng)用。

　　50米長擴(kuò)底樁打進(jìn)城際車站區(qū)域

　　樁基工程是交通工程建設(shè)的基礎(chǔ)。由于該工程埋深大、區(qū)域抗浮水位高，面對突出的抗浮問題，城際車站區(qū)域主要采用逆作工法，一柱一樁成為了必須。所以工程樁的樁徑、樁長規(guī)格多，樁基數(shù)量達(dá)到1萬余根，規(guī)模龐大，工程設(shè)計復(fù)雜。

　　在施工現(xiàn)場，一名工人正在操作吊車，將50米長的擴(kuò)底樁鋼筋籠緩緩深入地下。“我們采用的大直徑工程樁，頭部樁直徑2米到2.6米，樁長40米到50米，擴(kuò)底直徑3米至3.7米不等。”據(jù)京投樞紐公司副總經(jīng)理何剛介紹，鉆孔擴(kuò)底樁是在等直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種樁型，主要通過壓力或機(jī)械的方式在樁底形成一個擴(kuò)大頭，以增大樁端有效承載面積。

　　擴(kuò)底樁具有提高承載力及樁基變形控制能力，降低造價、改善樁基受力性能等優(yōu)勢。這種工藝施工難度大，在國內(nèi)工程中能夠做到的并不多。而且，這些大直徑擴(kuò)底樁施工機(jī)械頭部還安裝了可視設(shè)備和傳感器，實(shí)時回傳數(shù)據(jù)。工程人員在吊車內(nèi)的電腦上就能清晰了解地下擴(kuò)底成孔情況。

　　局部最深80米 T型地連墻省料又結(jié)實(shí)

　　地下連續(xù)墻是基礎(chǔ)工程在地面上采用一種挖槽機(jī)械，在大型的深基坑工程中應(yīng)用廣泛，作為截水、防滲、承重、擋水的結(jié)構(gòu)。然而，T型地下連續(xù)墻卻并不常見。這與城市副中心車站超深、超大的工程特點(diǎn)有關(guān)。

　　城市副中心車站的施工全部在地下，最深的基坑達(dá)到地下48米，地連墻局部最深處達(dá)80米。因主體結(jié)構(gòu)在B3軌道層的層高達(dá)到13米，地連墻承擔(dān)的水土壓力特別大。如果采用等厚度截面的地連墻，厚度需要達(dá)到1.8米。為此，工程組想出了應(yīng)用T型地連墻的創(chuàng)意，支護(hù)剛度較常規(guī)1.2米厚地連墻大大提高，而總體的混凝土方量僅相當(dāng)于約1.36米厚地連墻，有效降低了工程經(jīng)濟(jì)成本。

　　目前，該項(xiàng)目共建設(shè)T形地連墻216幅，總長度達(dá)1064米，主要分布在臨近運(yùn)營國鐵正線的部位，以提高穩(wěn)定性和安全性。

　　最新工藝超級旋噴封底

　　地下52米做4米厚隔水層

　　“超級旋噴封底工藝是項(xiàng)目最新的技術(shù)工藝，目前還在開展試驗(yàn)。”何剛介紹起這項(xiàng)新技術(shù)。

　　在基坑開挖影響范圍內(nèi)存在多層地下水，且個別地段隔水層不連續(xù)，存在“天窗”問題。為此，項(xiàng)目擬采用超高壓旋噴工藝進(jìn)行封底加固補(bǔ)強(qiáng)措施。簡單來說，就是要在地下52米深的部位，對砂層進(jìn)行局部加強(qiáng)，做一個4米厚的人工隔水層，技術(shù)難度非常高，常規(guī)加固工藝實(shí)現(xiàn)不了，都需要新技術(shù)手段支持。

　　“蓋挖逆作”法“先蓋屋頂、后建地面”

　　“由于項(xiàng)目是地下三層結(jié)構(gòu)，基坑周邊臨近大量市政管線、建筑物，需要將常規(guī)的地下結(jié)構(gòu)施工方法次序顛倒過來。所謂‘蓋挖逆作’，就是先支柱子搭房頂，最后是地面和墻面施工。”北京城建集團(tuán)技術(shù)質(zhì)量部部長劉全軍形象地解釋了城市副中心站綜合交通樞紐采用的“蓋挖逆作”施工法，支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)永臨結(jié)合。

　　劉全軍介紹，目前該工程已完成負(fù)一層的土方開挖，現(xiàn)作業(yè)面槽深8米，完成樁基施工后，會陸續(xù)建設(shè)負(fù)二和負(fù)三層，開挖至坑底深度將達(dá)到32米，加之基坑?xùn)|西長1.8公里，寬300米，土方開挖量預(yù)計達(dá)到1400多萬立方米，相當(dāng)于挖出7個昆明湖。

　　逆作法雖然增加了施工難度，但用正式的主體結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)基坑工程中的臨時內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，不僅減少臨時支撐所帶來的廢棄結(jié)構(gòu)，也提高了工程實(shí)施的安全性。

　　城市副中心站綜合交通樞紐工程使用的大直徑擴(kuò)底樁。

　　智慧施工 云上模擬監(jiān)測準(zhǔn)

　　全息投影、四折幕裸眼3D BIM立體查看現(xiàn)場進(jìn)度

　　BIM是通過3D建模，讓工人和管理人員更直觀地了解項(xiàng)目的基本流程和施工難度。在城市副中心站綜合交通樞紐和城市副中心劇院項(xiàng)目中，都有BIM的身影。

　　城市副中心劇院項(xiàng)目建筑面積約12.53萬平方米，包括歌劇院、音樂廳和戲劇院三處場地。項(xiàng)目在實(shí)施過程中借助BIM平臺，實(shí)現(xiàn)場地布置方案優(yōu)化、進(jìn)度模擬、現(xiàn)場綜合管理和疫情管理等功能。

　　“用手機(jī)掃一下這個二維碼，大家就都能查看項(xiàng)目的整體情況。”北京建工集團(tuán)劇院項(xiàng)目技術(shù)主管朱丹江介紹，BIM應(yīng)用可模擬劇院項(xiàng)目進(jìn)度，每周三更新現(xiàn)場進(jìn)度，不僅能輔助現(xiàn)場進(jìn)度，還通過云技術(shù)將項(xiàng)目整體情況進(jìn)行渲染并制成二維碼，便于項(xiàng)目人員查看。

　　全息投影、四折幕裸眼3D效果，傳統(tǒng)的二維CAD圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型……劇院項(xiàng)目BIM技術(shù)的可視化效果精彩，對施工場地布置模型，直觀、形象、準(zhǔn)確地表達(dá)施工現(xiàn)場實(shí)際場地布置，驗(yàn)證方案合理性，隨時優(yōu)化調(diào)整。

　　除了實(shí)時監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)展，BIM應(yīng)用也能實(shí)現(xiàn)智能化人員管理。該項(xiàng)目實(shí)行勞務(wù)實(shí)名制，對人員流動性及用工情況進(jìn)行現(xiàn)場管理，實(shí)名認(rèn)證、人臉識別、體溫檢測……疫情期間，成為防控疫情的好幫手。

　　55米深地下止水帷幕墻 創(chuàng)北京紀(jì)錄

　　包括首都博物館東館在內(nèi)的三大建筑工程中，有一道55米深的地下止水帷幕墻。這是北京地區(qū)基坑工程首次設(shè)計超深止水帷幕，并應(yīng)用TRD工法成功實(shí)施，創(chuàng)造了北京地區(qū)地下止水帷幕深度新紀(jì)錄。

　　“止水帷幕”是項(xiàng)目施工中處理地下水的一種止水方式。“九河下梢”的通州區(qū)地下富水，水位較高，傳統(tǒng)的降水方式對基坑周圍沉降影響大。因此項(xiàng)目采用了“止水帷幕”的方式，既保障了施工的安全性，又實(shí)現(xiàn)了水資源的保護(hù)。

　　“基坑周邊采用深度49—55米深的等厚水泥土攪拌連續(xù)墻止水帷幕，帷幕全長2135米，將基坑封閉起來，相當(dāng)于一個‘水盆’。”北投集團(tuán)三大建筑項(xiàng)目部工程管理部負(fù)責(zé)人曾憲鋒介紹，在55米深的地下建止水帷幕墻并非易事，經(jīng)多番論證，項(xiàng)目最終決定采用國內(nèi)先進(jìn)的TRDⅢ型工法機(jī)，順利實(shí)現(xiàn)55深米止水帷幕施工，達(dá)到國際領(lǐng)先水準(zhǔn)。

　　記者 關(guān)一文 劉薇