地下百米，砂水交织、岩土交替，被称作“地质博物馆”的广州，富水厚砂层与泥岩砂岩交错分布，给城市轨道交通建设布下重重难关。在芳白城际工程一线，中建三局城乡建设发展有限公司杜永奎带领科研攻坚团队，扎根重大工程现场，直面超厚富水砂层-泥岩交变地层系列施工“卡脖子”难题，牵头完成超厚富水砂层与泥岩交变地层城市地铁工程建造关键技术，用自主创新破解复杂地质地铁建造困局，该项成果经第三方权威鉴定，整体达到国际先进水平。
广州芳白城际是中建集团在广州承接的首条整线城际轨道交通项目，杜永奎所带领团队负责的土建六工区包含全线规模最大的方石站以及高风险盾构区间。方石站体量达到常规车站的3倍，全长743米，地下8 15米分布大厚度富水砂层；盾构区间反复穿越砂层、泥岩、砂岩交变地层，上软下硬的地质组合如同“地质迷宫”。地连墙成槽易塌槽渗漏、大体量车站施工组织难度大、盾构掘进姿态频繁波动、掌子面存在塌陷涌砂风险，再加上原有数字化平台数模融合不足，一系列技术难题横亘在项目建设面前，稍有不慎便会诱发基坑渗水、地面沉降、隧道失稳等重大安全风险。
“技术创新不能坐在办公室纸上谈兵，答案藏在施工现场的每一组数据、每一次试验里。”作为课题牵头人，杜永奎坚持问题导向，统筹技术路线规划、现场试验、理论仿真、成果提炼全链条工作，组建跨专业攻坚小组，一边盯控芳白城际项目现场安全生产，一边组织技术人员梳理痛点难点，明确五大研究方向：富水厚砂层地连墙施工、超长超宽车站快速建造、交变地层盾构掘进控制、盾构综合处置技术、BIM+GIS智能管理平台搭建，形成“调研-仿真-试验-迭代-推广”完整研究闭环。
针对富水厚砂层地连墙成槽质量差、效率低的老问题，团队摒弃单一设备施工模式。杜永奎组织技术人员反复开展工艺比选，对比不同设备的效率、成本、地层适配性，创新推出“成槽机+双轮铣+吸浆泵”组合式成槽工艺。面对地连墙渗漏隐患，他推动团队引入电位法与电阻率成像法协同探测手段，实现渗漏点精准定位，配套双浆液注浆、接缝后封钢板处置工艺，把风险消除在基坑开挖之前。现场实践证明，方石站地连墙成槽速度较传统工艺提升50%，一次验收合格率98.9%，有效化解富水砂层地连墙塌槽、渗漏风险。
面对方石站超长超宽、土方量大、多机械交叉作业的困境，杜永奎带领团队创新“同端头多工作面同步开挖”模式，通过基坑分区、结构分段、设备路径仿真规划，破解大型机械互相干扰难题，土方开挖工期提前一个月。针对传统装配式构件笨重、狭小地下空间安装难的痛点，团队研发轻量化轨顶风道、站台板构件，改良步履式多功能安装支架，一套基座切换模块即可适配多类构件安装，每20米站台板拼装用时压缩至3天，施工效率较传统现浇提升50%，实现大体量地铁车站装配式结构高效建造。
交变地层盾构掘进，是项目最大的风险点。地层软硬频繁切换，极易造成盾构姿态跑偏、掌子面失稳。杜永奎带领科研人员采集海量掘进原始数据，融合非支配遗传算法、蚁群算法与长短期记忆神经网络，构建盾构姿态预测模型，姿态预测准确率达95%，可以提前预判掘进参数变化趋势，指导刀盘转速、土仓压力动态调整，杜绝姿态超偏事故。同时建立掌子面稳定性极限分析模型，推导出不同埋深、砂层占比条件下支护力简易计算公式，摸清掌子面失稳临界条件；形成“泡沫为主、膨润土为辅、喷涌工况补加高分子聚合物”渣土改良体系，为交变地层盾构掘进提供成套参数指引。
“风险要前置，异常要能快速处置。”针对富水砂层盾构始发涌水涌砂、盾尾包浆变形、渣土处置难等频发问题，杜永奎推动团队开展系列原创技术攻关：研发加强型洞门密封装置，由依赖地层加固转向主动机械密封，盾构始发准备工期缩短60%；创新“地表钢板桩清浆+内部支撑顶推修复”盾尾修复工艺，不用大规模开挖，快速处置盾尾包浆变形，修复工期缩短65%；搭建模块化渣土绿色处置系统，集成筛分、脱水、污水回用，渣土减量超60%，实现污水零外排，践行绿色建造理念。
BIM+GIS智能管理平台
在数字化管理层面，针对原有平台BIM、GIS融合不足，无法支撑复杂地铁项目全周期（883436）管控的短板，团队搭建BIM+GIS地铁智能建造管理平台，打造“8+2”功能框架，打通物联网（885312）监测、征拆管理、危大工程管控、盾构实时监控等业务，实现项目全周期（883436）可视化、智能化协同管控，这套平台后续升级为企业智慧工地基础设施，向水利（885572）、铁路等基建领域推广应用。
历经反复现场试验、数据校核、工艺打磨，整套关键技术体系在芳白城际项目成功落地应用。项目先后承办广东省轨道交通智能建造观摩会，迎接多国官员、海外同行现场观摩交流，向外界展示中国复杂地层地铁建造实力，助力“一带一路（885494）”基建技术经验输出。课题累计取得发明专利6项、实用新型专利1项，省级工法4项，发表核心论文多篇，斩获智建杯钻石奖、优路杯BIM大赛金奖等多项行业荣誉，通过中科合创成果评价，鉴定整体达到国际先进水平，为国内超厚富水砂层、泥岩交变地区地铁城际工程，输出一整套可复制的技术方案。
从现场踏勘到方案推演，从试验失败到工艺定型，无数个白天扎根工地，无数个夜晚研讨技术报告，杜永奎始终坚持“科研来自工程，成果服务工程”。“城市地下工程，每一米掘进都是和复杂地质的较量。技术攻关不是终点，要把这套技术沉淀下来，给更多同类项目铺路。”杜永奎说。如今，这套攻克广州复杂地质难题的建造技术，正作为企业核心技术储备，持续为国内轨道交通地下建设赋能，以科技创新筑牢城市地下空间建设安全底座。(图片由周志强杨黎明提供)
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【责任编辑：蔡东海】
