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2025年4月20日，歷時五年建設(shè)的北京東六環(huán)（京哈高速-潞苑北大街）改造路段正式開通試運營。東六環(huán)改造工程全長約16.3公里，分為地面加寬段和入地改造段，其中路基加寬段長約7.1公里，隧道段長約9.2公里。在隧道段中，盾構(gòu)段長約7.37公里，是目前國內(nèi)最長的盾構(gòu)高速公路隧道。

東六環(huán)隧道

在此次改造工程中，清華大學(xué)土木系地下工程研究所程曉輝教授團隊研發(fā)的“能源隧道”和“分布式光纖監(jiān)測”兩項關(guān)鍵技術(shù)發(fā)揮了重要作用，為工程注入了綠色創(chuàng)新動力。

東六環(huán)隧道段位于北京通州區(qū)，平均覆土深度約20米，地質(zhì)條件為富水砂層，具有開發(fā)淺層地?zé)崮艿奶烊粌?yōu)勢。清華大學(xué)研究團隊通過理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗，依托東六環(huán)改造工程隧道段開展能源隧道關(guān)鍵技術(shù)研究，解決了傳統(tǒng)地源熱泵技術(shù)投資高、占用地下空間大、換熱效率低等難題。

能源隧道試驗段

研究團隊通過向東六環(huán)改造工程的盾構(gòu)隧道仰拱區(qū)域布設(shè)換熱管路，將傳統(tǒng)盾構(gòu)隧道改造成能源隧道，使隧道既能承載圍巖荷載，又能提取地?zé)崮?，為建筑供暖制冷及路面融雪除冰提供清潔能源?/p>

能源盾構(gòu)隧道建設(shè)現(xiàn)場

能源隧道提取地?zé)崮?/p>

東六環(huán)改造工程共建成約800m能源隧道，滿足東六環(huán)南管理區(qū)1226.3平方米建筑的冷熱負荷需求，同時用于東六環(huán)F6匝道約40m道路冬季融雪除冰。相比傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)，該技術(shù)節(jié)約初期投資費用約49%，實現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

能源隧道提取地?zé)峁┙o建筑示意

能源隧道機房

能源隧道融雪除冰段建造現(xiàn)場

基于光纖的布里淵散射頻移量與光纖的應(yīng)變和環(huán)境溫度變化量成線性關(guān)系這一原理，利用光纖對結(jié)構(gòu)體應(yīng)變進行分布式測量，具有監(jiān)測點位連續(xù)、密集并且成本低的優(yōu)勢。

分布式光纖監(jiān)測原理

研究團隊利用分布式光纖技術(shù)探究了圍巖荷載、溫度荷載共同作用下能源盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)與圍巖相互作用機理，研發(fā)了集成光纖傳感器的能源隧道監(jiān)測方法，并對監(jiān)測結(jié)果進行了校核。

分布式光纖及校核傳感器布設(shè)

利用分布式光纖監(jiān)測技術(shù)，研究團隊成功監(jiān)測了東六環(huán)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工過程中主線隧道盾構(gòu)管片及臨時鋼支撐的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，為施工安全提供了可靠保障。

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工現(xiàn)場

分布式光纖監(jiān)測現(xiàn)場

東六環(huán)改造工程是北京市重點交通項目，也是綠色技術(shù)應(yīng)用的典范。程曉輝教授團隊的兩項關(guān)鍵技術(shù)不僅提升了工程的科技含量，還為我國實現(xiàn)“雙碳”目標和推動智慧交通建設(shè)提供了重要參考。未來，這些技術(shù)有望在全國范圍內(nèi)推廣，助力更多基礎(chǔ)設(shè)施項目實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保與高效運營的雙重目標。

隨著東六環(huán)改造路段的開通，北京城市副中心的交通網(wǎng)絡(luò)進一步完善，同時也展示了科技創(chuàng)新在重大工程中的強大潛力。清華大學(xué)的“能源隧道”和“分布式光纖監(jiān)測”技術(shù)，正成為推動城市可持續(xù)發(fā)展的新引擎。