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在高速列车下数十米穿越施工,沉降被同济大学这支团队控制在了0.3毫米以内

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发表于 2019-1-12 11:54 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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,同济大学专家领衔完成的《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。

今天(8日),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,同济大学城市轨道与铁道工程系教授周顺华教授介绍,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”,如何利用同济大学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,我们从系统动力学角度,创立了动力学设计方法,”周顺华教授介绍。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,我们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,我们搞科研的一不留神,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。
http://mini.eastday.com/bdmip/190108104746496.html#
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 楼主| 发表于 2019-1-12 11:56 超大游击队员 | 显示全部楼层
中共中央、国务院1月8日上午在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。大会上,江山籍的同济大学教授周顺华主持的“地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术及应用”被授予2018年度国家技术发明奖二等奖。该发明推动了我国地下工程领域技术水平的大幅度提升。
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 楼主| 发表于 2019-1-12 11:57 超大游击队员 | 显示全部楼层
虽然拿了国家级的大奖,可笔者在连线周教授的时候,他却异常谦虚,一再强调要低调,不要太多说。“我们做的这个事情,是一个团队的工作,也不是我一个人的事,是得到社会方方面面支持的。”

“铁路是国民经济的大动脉,高速铁路是技术创新与铁路现代化的时代标志,我国高铁运营里程超过2.6万公里(含既有线改造),运营和在建规模均为世界第一。”周顺华介绍,如今,我国高速铁路已经“奔跑” 到300km/h以上了,但国内外传统下穿铁路技术仅允许列车以45km/h通行。

与下穿其他敏感建筑相比,下穿铁路受到行车动荷载和开挖耦合影响,变形控制难,容易造成脱轨翻车、坍塌等事故,致使铁路运输和工程建设中断,是国际公认的工程难题。而下穿高铁无砟轨道变形控制更严,仅允许轨面变形2mm,传统技术无法实现,在国际上尚无先例。随着我国高铁网络化运行,采用传统的限速或绕行措施完成下穿施工,将造成大量列车晚点或取消,扰乱正常的铁路运输秩序。

为满足高铁网络化运营安全与基础设施互联互通的国家重大需求,周顺华带领团队几十年如一日进行攻关,取得了一系列重要成果。“除了教书,我其余的时间基本都用在自己的研究兴趣上,周末没有特别的事情更喜欢待在工程现场和实验室里”。周顺华说道。

通过“地下工程穿越高速铁路的细化控制技术及应用”,周顺华带领团队攻克了地下工程穿越高速铁路设计方法、施工变形控制技术体系和智能化施工装置等关键瓶颈技术,形成了地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术体系,推动了我国地下工程领域技术水平的大幅度提升。该项目获授权发明专利23项、软件著作权4项、工法3项、指南2项,制定行业标准1部;出版专著3部,发表论文60余篇,他引1100余次。业内4位院士认为该项目成果“具有重大的创新与突破,填补了有关高铁运维标准体系的空白,引领了国际地下穿越技术的发展,应用前景广阔”。
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 楼主| 发表于 2019-1-12 11:58 超大游击队员 | 显示全部楼层
对于外界的诸多赞誉,周顺华始终保持着清醒的认识:“我们的项目可以满足我国现阶段下穿300km/h甚至350km/h高速铁路的变形控制要求,但更高速度高铁运行对以土工结构为主的基础设施带来的影响,目前研究甚少。因此,我们的研究永无止境。”在周顺华看来,科学研究道路没有尽头。“我们哪能停下来?列车越跑越快,我们搞科研的稍不留神,就跟不上了。”

周教授还透露,目前正在进行的杭衢高铁和沪昆高铁,其中涉及到高铁变形控制的相关技术,其中比较关键的技术,也是他们团队在处理。“之前衢州铁办的相关负责人就有来上海跟我们对接过。”周教授说,接下去他们团队与衢州这边还会有合作,“我们本来就是搞技术的,哪里有需要我们就会到哪个地方服务”。
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发表于 2019-1-12 23:27 | 显示全部楼层
外行,一直没搞明白,他们是用什么手段控制住这么微小沉降的。
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