英法海峽隧道的業主是歐洲隧道公司,施工承包是英法TML集團公司,是世界10家最大施工公司的聯合體。英法海峽隧道於1987年9月開工,經過7年之久的努力,3條長度各為50.5km(英法兩國的豎井洞口間長度)的平行隧道及配套工程於1993年12月12日移交給了隧道的業主和運營部門歐洲隧道公司。建成的英法海峽隧道,又一次把不列顛群島和歐洲內陸連接起來。通過這一工程的海底鐵路隧道,穿越海峽的時間比輪渡節省了一半多,同時也不再受氣候變化等自然條件的限制。
英法海峽隧道採用TBM施工法進行長距離、大斷面機械開挖施工成效顯著。特別是TBM機型的確定,TBM技術創新與進步,新型掘進機的技術性能和功能特徵以及TBM後車架配套設備優化等技術環節起到了非常重要作用,其有效性也得到了證實。
英法海峽隧道是近10年來世界上規模最大、最宏偉的海底鐵路隧道之一。新一代的TBM在施工中採用了最新的技術及設備,並創下了掘進新成就。
(1)採用TBM掘進大斷面隧道長度達18532m(8號TBM)創世界之最;
(2)最大月進尺達1487m(9號TBM)創長大海底鐵路隧道施工掘進最好成績之一;
(3)在長大的海峽隧道中TBM時間利用率提高到90%,整個系統的時間利用達到了60%的最好成績,也是最新紀錄;
(4)建造海底長大鐵路隧道採用混合機型TBM嶄新技術的施工還屬首創;
(5)由於最初的基本技術的應用得到了極大的變革,已與複雜地質條件下施工相適用,TBM的適用性、可靠性和先進性在工程實踐中作用也得到證實。
(6)海峽隧道施工和運營的通風設置見圖29。
英法海峽隧道工程採用TBM施工所取得的成效十分顯著,科技創新是新技術、新材料、新設備、新工藝、新結構施工生產應用的不可缺少環節。它具有明確的目的性、綜合性、系統性和可行性。它是TBM新型號研製、系統設備配套和工藝流程等的創新過程,它已成為英法海峽隧道實現快速施工的基本要素。
英法海峽隧道採用TBM法的技術創新和進步主要在以下方面取得進步
1.TBM主體功能的技術開發、技術創新導致英法海峽隧道修建成為可能,井使隧道施工技術水準和開挖能力得到迅速提高。新型的TBM在混雜的地層條件下和破碎岩石中的成功作用,把TBM的適用範圍推向一個新階段。
2.TBM新型號研製所共有的綜合性能提高而出現的幾種特殊新功能
(1)設計製造了能抵抗1MPa防水用密封裝置;
a.盾尾密封裝置;
b.大軸承密封裝置;
C.前後兩節可伸縮鉸接式盾構密封裝置;
d.撐靴密封裝置;
e.壓力艙的出殖系統密封裝置;
(2)吸盤式襯砌(或管片)拼裝機具有雙臂雙作用;
(3)襯砌儲運就位系統;
(4)長壽命的盤式刀具(混合地層條件下)
a.快速更換盤刀新結構;
b.碳化鎢盤刀的壓力補償;
C.新型的刀具軸承;
(5)多控的螺旋機串聯組合結構出碴系統,其功能有:
a.出碴功能;
b.出碴時可降低內壓功能使岩碴可從1.1MPa壓力下經螺旋機轉動到1個大氣壓下(降壓功能);
C.兩台機可作反向轉動,當變換其中一台轉速時,就能使碴屑壓密,壓實到不同程度的堵塞柱,同時改變轉速也可使碴屑的含水量不變。
(6)TBM既能以開啟式作業又能以閉胸式作業;
(7)不受襯砌的拼裝工序的影響而有連續開挖的功能;
(8)"V"字形佈置的推進於斤頂是跨在前後盾構殼體之間的縫隙處環板位置上,使TBM轉彎或前進;
(9)主機內皮帶輸送機出碴,當有地下水浸入,該機具有快速縮回機構,且能將壓力艙隔板的開口自動關閉應急安全措施;
(10)4號、5號盾構掘進機的出渣系統用一套雙作用的旋轉器來作為壓力釋放裝置。
(11)使TBM利用率提高到90%的關鍵措施是採用電腦來分析TBM的運轉效果,並指出機電方面的故障問題,明確了機電維修保養目標;
(12)TBM的後方快速運輸系統的技術創新
a.採用設有列車交換的作業.該系統有一條主皮帶運輸機,長105m,後接封閉8m長餵料皮帶機,再經兩條並列的軌載的梭式輸送機往復行走,連續、均衡地將碴屑卸到兩列並列13×14×40m長的列車上,實現快速裝卸、駁運的快節奏運輸;
b.豎井內棄碴作業採用液壓提升、管道輸送技術。
主要技術參數:
①混合碴漿:100g於碴含水80~150g;
②粒徑:小於20mm;
③流量:100~120m3/h;
④磁泵型號:KOS2180×8台;
⑤工作壓力:127~200MPa;
⑥輸送管道口徑:273×9.27mm;
⑦輸送高度:hmax=140m;
⑧輸送水準距離;1.6~2km;
⑨生產能力:20h開機時間的月出碴量為350000m3。
⑩泵進作業場所:桑加特豎並(法國一側)
(11)棄土地點:豐德·皮諾。
C.牽引機車在隧道內運行時,採用架空電線輸電,取代電瓶供電的技術措施,解決隧道內的環境潮濕。電力線接地漏電,使供電系統跳閘,故障甚多。並應用全新的180馬力電力機車投入快速、高效運行,提高隧道內整體運輸系統的效率。
3.TBM施工中實際位置與理論中線間的偏差控制採用了創新技術
①英法兩國TBM相對推進,沒有辦法設一個臨時(測量)交會點。除了英法兩國施工基本測量需要密切配合外,同時建立了一個特別座標體系,利用納費斯塔衛星網,使誤差降到10cm左右。
②利用ZED系統進行導向,借助鐳射標圖和電腦,用一個專門程式測定出TBM狀態將沿著推進的蛇行們差及時修正其軌跡。
③TBM的導向與使用的襯砌環可沿著曲線襯砌隧道,壓偏的位置可通過旋轉可能插入鎖口的封頂管片的4個位置來使之移高一些和移低一些。
④TBM開挖精度±5cm。
⑤襯砌安裝的容許誤差以及襯砌變形量等,而預留間隙為±15cm。
英法海峽隧道建成,不但再現了其無以倫比的TBM技術,而且還向人們展示了TBM技術發展所取得的驚世成就.其成功關慢因素,是致力於TBM技術追求多樣化技術的有機融合而不僅僅是技術突破。這一點在研究、設計、工程和持續改進等各個環節中看到。其結果使英法海峽隧道工程建設優質高效完成,而且海峽隧道的修建標誌著TBM施工技術的最新水準,也是融合英法美日德等國家TBM施工技術於一體的最高成就。
阿樓編譯自《國際隧道與隧道工程》