2023年2月，双线隧道完成进度超70%
工程概况
北京东六环入地改造工程，全长约16km，北起潞苑北大街疃里桥，南至京哈高速公路施园桥。项目的主要工作内容是将双向4车道的现状东六环道路拓宽改造为双向6车道，其中万盛南街至潞苑二街段约9.2km的地面路改建为地下隧道，原有主路改造为公园和慢行系统，融城市景观于一体。
北京东六环改造工程入地改造段纵剖示意图
北京东六环改造工程将对通州区城市空间起到“缝合”作用，六环路通州区段沿线串联宋庄文化创意产业集聚区、潞县故城遗址、行政办公区、城市绿心、北京环球主题公园多个功能中心，也是联通顺义、大兴、北京首都国际机场和大兴国际机场的重要道路，是北京城市副中心重点交通基础设施项目，对促进京津冀区域交通一体化发展、构建综合交通体系具有重要意义。
通州区城市副中心规划平面图
隧道段全长9.16km，下穿北京城市副中心站综合枢纽，最大深度约61m，是北京市埋深最深的地下隧道。大隧道采用两台开挖直径Φ16.07m泥水盾构施工。2020年10月25日项目开工，计划竣工日期2023年12月20日，合同工期38个月。
中交一公局集团所属中交隧道局参建第4标段，主要包括东线隧道的盾构掘进等洞内施工及其它土建工程。其中，盾构隧道段长约7.4km，是全国最长地下公路隧道，成型隧道外径15.4m，是目前中国内地最大直径盾构隧道。
隧道设计
东六环（京哈高速—潞苑北大街）改造工程南起京哈高速以南约2km处，北至潞苑北大街，路线全长16km，按设计车速80km/h、高速公路标准设计。全线分为直接加宽段和入地改造段，起点至京津公路南侧约4.9km为直接加宽段，标准断面由双向四车道双侧加宽至双向六车道，入地改造段路线横断面如图3所示。京津公路以南至潞苑二街北长约9.6km为入地改造段，以分离式隧道形式布置于现状六环路西侧绿化带内。路线自张采路以北入地，连续穿越京津公路、通三铁路、滨河路、北运河、广渠路、地铁6号线、京秦铁路、通胡路、减河、通燕高速、京榆旧线，京榆旧线北侧爬升至地面，线位布置总体如图4所示。潞苑二街北至终点潞苑北大街段，长约1.5km，亦采用直接加宽方式，其形式与南段一致。
入地改造段路线横断面布置示意图
北京东六环入地改造工程项目全长16km，入地隧道总长9.2km，其中盾构段7.4km，明挖段1.8km，采用分离式双洞布置，隧道采用明挖与盾构结合工法。在地下深处由北向南穿越9条道路、4条轨道和3条河道，建成后将成为双向六车道的地下高速公路。盾构隧道成型外径15.4m，隧道采用2台开挖直径Φ16.07m泥水盾构施工。隧道最大深度约59m，是目前中国内地最大直径盾构隧道。隧道分为三层，上层为排烟通道，中间层为行车通道，下层为疏散救援通道。隧道每间隔100m将设置一处逃生口，遇到危险情况时，司机和乘客可从逃生通道下楼梯进入救援通道内。此外，救援通道还具备行车条件，救援车辆也可以借助救援通道到达指定位置，方便救援。
线路布置总体示意图
工程特点及重难点
（1）地下空间环境复杂，控制因素多 隧道下穿现状道路8处（京津公路、滨河路、云帆路、运河东大街、玉带河大街、通胡路、通燕高速、京榆旧线），河道3处（玉带河、北运河、运潮减河），铁路及轨道交通4处（通三铁路、京秦高速、地铁6号线、副中心枢纽站），下穿和侧穿燃气管线、高压电塔和既有建筑多处。
（2）特长超大直径盾构，技术难度大 本项目为北京地区乃至北方直径最大盾构，国内富水、高致密砂层中直径最大。独头掘进约7336m，国内乃至世界同类地层独头掘进距离最长。
（3）地处副中心核心区，环境要求高 项目为全国首次利用既有公路建设高线公园，将海绵城市理念与地面景观公园结合，建成后将实现绿色运营。
主要创新技术
有效解决超大直径泥水盾构施工过程中的管片上浮问题 加快盾构隧道的施工进度，改善隧道的成型效果，同时可提高对地表及周边建构筑物的沉降控制精度，具有显著的社会效益与经济效益。1）通过遴选不同功能及种类的添加剂改善水泥－水玻璃双液浆的抗水分散性、反应产物稳定性问题，形成一种满足盾构隧道同步注浆浆液性能需求的新型双液注浆材料。在其应用过程中，在满足快速腔固管片形态、抑制管片上浮的同时，同时解决浆液产物后期劣化问题。2）通过探明双液浆注入地层后对盾尾间隙的填充效果及其与地下水、地层的相互作用，掌握不同地质条件、地下水环境下双液注浆的扩散机理，更进一步通过调整注浆压力、注浆量、注浆孔分布来控制双液浆浆液的扩散形态，形成不同环境与工况下的同步注浆施工工艺。
超大直径泥水盾构废弃泥浆绿色处理及循环再利用技术 主要进行粉质黏土地层盾构施工泥浆高效处理技术（带式压滤、絮凝固化、絮凝抽滤等）、基于改良废弃泥浆的超大直径泥水盾构同步注浆材料研究、废弃泥浆固液分离脱水渣土的资源化应用技术研究、废弃泥浆固液分离水的环保性能及其绿色处理技术。
超大直径泥水盾构废弃泥浆绿色处理技术 1）根据盾构机穿越地层，对盾构掘进产生的废弃泥浆绿色处理技术进行了适应性研究，达到了综合处理之后泥浆循环利用的效果；2）采用离心机、压滤设备处理多余的废浆来保证地面工程泥浆的零排放；3）泥浆废水处理后循环利用，提高了水资源利用率，减少废水排放。
超大直径泥水盾构机设备设计及优化技术 1）通过研究，优化设计刀盘开口率及刀盘条式磨损检测高度，增加刀盘边缘耐磨层，进行全面的耐磨保护；2）基于不同地层掘进，实现了刀具常压下滚齿互换，以提高换刀效率及降低换刀风险；3）优化提升主轴承伸缩功能，通过回缩刀盘转动，可防止刀盘“卡死”；4）通过研究分析，针对性配备超前钻探设备及注浆系统，实现了超前地质预报以及超前注浆的功能；5）优化了盾构机主驱动及盾尾密封设计，提出了主驱动采用4道密封，盾尾采用4道钢板刷+1道钢板束的密封形式，提高盾构机安全性。
基于BIM技术的超大直径盾构隧道信息化施工技术 采用BIM技术，对项目进行可视化管控，减少返工、节约工期、积累项目数据、提升管理水平。项目工作都围绕着数字化模型开展，主要从建模、用模、平台管理、项目指挥中心平台等方面开展BIM技术应用。项目基于模型的优化设计、碰撞检查、三维技术交底、平台手机端与电脑端的信息协同等BIM技术的使用，提高质量安全、进度、资料信息的管理水平。
盾构选型
东六环改造工程项目，包括直接加宽段和入地改造段两部分。项目穿越副中心城市核心区，地下管线构筑物复杂，需上穿或下跨多条道路、轨道及河流，最深处穿越副中心站综合枢纽，最大深度约59m，是北京市埋深最深的地下隧道。2021年6月，超大直径盾构机“京华号”和“运河号”调试完毕。
开挖直径Φ16.07m“京华号”泥水盾构应用了常压换刀、伸缩主驱动、高效大功率泥水环流系统等多项核心技术，并创新搭 载了管环收敛测量等多个系统装置。针对砂土、富水高致密砂层、粉土及黏性土交互层等复杂地质，“京华号”采用第四代常压换刀、伸缩主驱动、超大直径重载管片高效倒运及拼装技术、高效大功率泥水环流系统、高精度开挖面气液独立平衡控制等多项核心技术，克服工程面临超大直径、超长距离、超深覆土、超敏感环境等施工难点，为施工进程提供有效保证。盾构施工采用同步双液注浆，与单一的水泥浆相比，由水泥浆和水玻璃配比成双液浆，浆液固结时间从8h缩短到1h，改善了隧道成型效果。
东六环改造大隧道东线盾构机下井
开挖直径Φ16.07m“运河号”泥水盾构，总长约145m，总重量约4500t，国产化率95%以上，首次采用了自主研制全球首创长距离掘进不换刀技术，可实现连续掘进4800m不换刀，一般情况下在砂卵石地层超大直径盾构机平均每掘进200m需进行刀具更换；首次将光纤磨损检测技术应用于盾构刀具检测上，可实时检测出刀具磨损量，与传统开舱检查技术相比更加安全、高效，与液压刀具检查技术相比更加环保、精准和能提前预防刀具异常磨损；采用了自动化监测技术，沉降控制精度0.1mm;采用分层逆洗技术，克服地层突变滞排受困难题，创新应用双液同步注浆技术，全面提升成型隧道质量等。
西线隧道首段工程盾构始发
2021年7月6日，中铁十四局集团施工的西线隧道开挖直径Φ16.07m“京华号”泥水盾构始发。
管片运输与拼装施工
2022年4月16日，东六环隧道西线“京华号”盾构机成功通过京哈铁路，继续前行 60 余米，就将与建设中的城市副中心站综合交通枢纽相遇。
盾构机成功通过京哈铁路
2022年4月25日，东六环隧道西线“京华号”盾构机，在地下59m——距副中心站枢纽工程底板22.7m处，完成1646环推进，盾尾已完全脱出副中心枢纽，比原计划提前4d，安全平稳、顺利完成穿越。
隧道内管片运输
2022年7月，“京华号”盾构机穿越地铁6号线，地铁线路区间段只有21m，但加上前后的保护区范围，实际穿越长度达到了129m。大隧道主体离地铁隧道最近处为21.8m，要控制沉降、保证地铁正常运营，盾构施工全程必须把土体扰动带来的影响降到最低。穿越前，选取了工程地质、水文地质等条件与下穿区间相仿100m区域作为试验段，划分4个试验单元模拟盾构下穿施工。通过研究4个试验单元的沉降控制效果，确定了下穿地铁6号线最合理的控制措施。最终，盾构机以每分钟25mm掘进一环的速度，用2d时间安全快速地完成了下穿任务，确保了地铁6号线列车的行车安全。
“京华号”盾构机穿越地铁6号线
西线隧道首段盾构贯通
2022年9月25日，东六环隧道西线“京华号”盾构机精准进入中间接收风井，西线隧道首段贯通。盾构机到达的中间井基坑所处地层属于富水砂层，地下水位为负10m，盾构机在工作井内掘进过程中，面临涌水涌沙风险。为此，在基坑加固区内外打了11口井，抽水减压降低水位。3家单位24h监测加固区墙体沉降，并在洞门环处加装了安全气囊，确保盾构机和中间井安全。“京华号”盾构机在中间风井进行全面检查、维修、更换后，完成二次始发，继续向前开挖2.6公里到达万盛南街南侧接收井，最终实现隧道全线贯通。
西线首段“京华号”盾构贯通
东六环隧道是国内最长盾构高速公路隧道，是北方在建最大直径盾构隧道，也是北京市埋深最大的地下隧道。隧道掘进过程中，需长距离穿越高致密富水砂层，先后下穿铁路、地铁、公路、河流等55处风险源，掘进风险高，控制因素多，沉降控制要求高。
西线隧道下半段盾构始发
2022年10月29日，“京华号”盾构机缓缓始发向前推进。由于位于隧道中间段，第二次始发覆土厚度达到20m，相比第一次始发更深，行程压力更大，因此施工难度也更大。在进入第二段隧道施工前，“京华号”盾构机进行了一次“全身体检”。目前，盾构机各类设备、参数正常，符合后续掘进要求。项目施工团队在始发前对始发条件仔细进行了全方位梳理和验收，召开了盾构始发前条件核查会等会议，优化了施工计划和资源配置，协调盾构施工各工序有序推进，确保盾构始发各项工作安全顺利进行。
西线隧道下半段“京华号”盾构再次始发
东线隧道首段工程盾构始发
2021年8月10日，东线隧道开挖直径Φ16.07m “运河号”泥水盾构始发。
东线盾构始发推进
两台盾构机一先一后从隧道北端出发，下穿运潮减河、地铁6号线、北运河、城市副中心火车站等重要建筑及河流后，到达盾构隧道的最南端。
首段盾构机成功下穿京榆旧线二级公路
2021年9月，北京东六环改造工程西线隧道“京华号”盾构机成功下穿京榆旧线二级公路。本次下穿的京榆旧线为二级公路，盾构隧道在施工过程中需穿越京榆旧线内两处高压燃气管线。穿越地下管线比穿越地上建筑物难度高、危险大，燃气管线所在的地质层在外部动力作用下极易发生变形，引起高压燃气管线变形过大甚至开裂，给盾构机穿越带来极大困难和挑战。
成功下穿京榆旧线二级公路
为保证盾构机顺利穿越该风险源，项目处积极准备、科学制定方案、反复论证，采取实时动态施工及配套人、材、机计划，严格遵循“保泥压、防堵塞、严同步、紧密封、不停机”基本原则，通过选取合理的掘进参数，勤纠偏、小纠偏，严格控制盾构机掘进姿态，及时调整泥水压力，减小对土体扰动。经过4d高效推进，“京华号”成功通过，地面沉降始终控制在毫米内，周边建筑物监测结果正常，取得盾构施工阶段性胜利。“运河号”先后经历浅覆土掘进，下穿“欢乐宋”建筑群、京榆旧线主干路、通燕高速匝道桥等3处一级风险源以及次高压燃气管线等1处二级环境风险源。在原有双液同步注浆基础上，采用中盾克泥效注浆结合隧道径向深孔注浆的方式进一步填充地层间隙，过程中根据地表加密监测、自动化监测等信息化监测手段，实时反馈监测数据，对掘进参数实行动态调整，最终在保障了盾构施工进度的同时，安全平稳地穿越各项重大环境风险源。
盾构机稳步推进，最高日进尺达24m
东线盾构穿越运潮减河环境风险源
2022年3月28日，“运河号”穿越运连接北运河与潮白河人工排水河道的潮减河，与隧道相交处河道下底宽度100m，盾构穿越过程中，距运潮减河河底最大距离约为42.9m。为获取河底的土压力、沉降量、注浆压力、盾构姿态等技术指标参数，把相关技术参数值调整到最佳，盾构掘进适当速放缓度，每天平均行进14m左右。
盾构施工信息中心操作平台
“运河号”下穿运潮减河工程堪称施工中的“穿针引线”，由于下穿地层多为粉细砂及粉质黏土互层，其中部分区域粉质黏土含量最大占比超80%，存在涌水、涌砂等风险。工程实行全天候24小时值守，密切关注各项施工参数变化，严格控制盾构机掘进姿态，及时纠偏稳步穿越，最终成功将沉降控制在3mm以内。
东线已累计掘进2390m
东线盾构穿越城市副中心核心区最大风险区
2022年4月25日，北京市东六环改造工程东线隧道掘进至1643环，“运河号”盾构连续穿越京哈铁路和城市副中心站交通枢纽两处特级风险源，突破全线最大风险区。
东线盾构掘进突破全线最大风险区
东线盾构机在这两风险去处于爬坡状态
在建城市副中心站交通枢纽是连接京津冀和城市中心区的换乘枢纽，建成后将成为亚洲最大地下综合交通枢纽，基坑全长207m，盾构机最上端距离基坑底板23m，距离抗拔桩仅3m。稍有不慎，涉及交通枢纽基坑安全，将产生不可估量的影响。此时，盾构机在这两风险去处于爬坡状态，覆土厚度从58m突然变到23m，盾构机切口压力变化较大。
在盾构专家指导下，施工团队调整盾构机姿态、控制力度、把握速度，适时调整掘进参数。同时成功应用超级直径盾构同步双液注浆技术，此技术能够快速有效抑制土体沉降，达到隧道的快速稳定效果。历经17d连续施工，顺利破解双险，地表沉降控制在2mm以内，管片上浮始终控制在10mm以内。
东线盾构掘进成功过半
2022年5月，东线“运河号”盾构机一路高歌猛进，在深55m地下，下穿京哈铁路。中交一公局集团隧道局盾构施工是24h不停工，项目部制定了一系列严格的防疫措施，密切关注各项施工参数变化，严格控制盾构机掘进姿态，确保平稳穿越盾构机已累计掘进3002m。
2022年7月，东线“运河号”盾构机已掘进逾1845环、突破3698m，占设计总长度的50%，掘进成功过半。工程首次成功应用同步双液注浆技术，并研发了一套集成于盾构机的“制浆-储浆-注浆”一体化系统，使浆液混合凝胶时间精准控制在15s，能够快速达到有效强度，形成对隧道的加固、地层的支撑，对比常规的地上制浆再运输到地下应用，节约水平运输达13.6万公里。盾构机还采用了节能高效通风系统，可以有效地完整交换内外空气，节约碳排放23000t。
东线盾构掘进3698m，占设计总长度的50%
东线隧道首段贯通
2022年11月7日，东六环隧道工程东线隧道首段“运河号”盾构机贯通。本次盾构接收的中间井结构深40.6m，地表水位在地表以下9至10m，地质以密实的粉细砂为主，在高水压致密砂层环境下，长距离连续掘进施工本身就具有很大挑战性，外加中间井属于超深基坑，洞门深度范围水压非常高。 “运河号”盾构机已连续运转454d，顺利掘进4770m，占总长65%。先后攻克了10m浅覆土始发、4700m长距离连续掘进高致密富水砂层、75 m高埋深高水压盾构掘进控制等技术难题10余项，实现mm级微扰动穿越三级以上风险源51处。
东线隧道首段“运河号”盾构机贯通
东线隧道下半段盾构始发
2022年12月11日，东六环隧道东线隧道下半段“运河号”盾构机始发向前推进，开启新征程。本次盾构二次始发的中间井结构深40.6m，属于超深基坑，在洞门破除及盾构机二次始发阶段，极容易出现涌砂涌水情况，掘进风险高、难度大。为保障二次始发顺利完成，项目部对“运河号”进行360°全方位大体检。
使用气割枪更换已经磨损的盾构刀具
东六环隧道东线下半段施工需要长距离穿越富水高致密砂层、粉土及黏性土交互层等复杂地质，工程继续面临超大直径、超长距离、超深覆土、超敏感环境等施工难点。
在盾构机穿梭舱内进行设备检修
操作室屏幕显示盾构机工作状态
双线隧完成进度均超70%
2023年2月6日，在东六环改造工程施工现场，西线隧道“京华号”盾构机已掘进至2852环，完成了总掘进里程的78%。2023年2月8日，东线隧道16m级超大直径盾构机“运河号”完成第2700环掘进。目前双线隧道已累计掘进超10km，完成进度均超70%。
双线隧道完成进度超70%
东六环改造工程地下空间环境复杂，盾构机需依次下穿通燕高速、运潮减河、通胡路、京秦铁路、北京地铁6号线等重大风险源，掘进控制因素多，采用最大开挖直径达16.07m超大直径盾构机，突破了第四代常压换刀、伸缩主驱动、超大直径重载管片高效倒运及拼装技术、高效大功率泥水环流系统、高精度开挖面气液独立平衡控制等多项核心技术，创新搭载管环收敛测量系统、管环平整度检测系统、管环选型系统、自动盾尾间隙测量系统、同步双液注浆系统、三通闭塞器换管装置，创新使用“京华号”“运河号两台盾构施工。