英法海峽隧道出口的出土傳送系統

 

    海峽隧道所使用的現代化隧道掘進機，生產能力極高，隧道施工運輸距離又特別長，出土運輸任務是世界隧道工程史上史無前例的。盾構掘進機後配套設備和運輸車輛的聯合作用，再加上有經驗的作業人員的操縱，方能取得可靠進度。一旦某一環節失調，整個系統就會癱瘓。海峽隧道法國一側大約出土33×105m³，其中2×105m³（北運行隧道）直接從法國一側洞口排出，其餘全部在桑加特豎井井底，先破碎稀釋成泥漿，再用雙作用強制式置換泵泵入豐德·皮諾專用棄土場。
　　英國一側從隧道內挖掘出的土，先堆入列車編組隧道段上的漏斗，並通過地下運輸機送向主運輸機坑道，再由此送到地面污泥處理場，見圖17。隧道運輸機每小時的處理出土能力為2400t，但在實際應用中，運輸機每小時的出土能力常達到3200t。僅莎士比亞上下兩個隧道（採用新奧法施工〕工程耗時14個月，需挖土120000m3消耗噴射混凝土4000m³，走道上鋪設混凝土8000m³。
　　在四年多施工期間裏，英法海峽隧道工程將挖掘出土方5000000m3。為解決這些數量巨大的土方，建造了一個污泥處理場。要達到污泥處理的實際效果，應用板樁圍成若干個封閉式海塘。海塘建設與污泥處理平行作業。海塘防坡堤的建設使用了三艘頂起式駁船，並設置兩道充填混凝土的板樁牆。海塘建設長度達1.7km，需用215000m3混凝土。

　　（一）法國一側隧道開挖出土作業
　　法國一側海峽隧道，除陸地3段北側運行隧道之外，掘進機開挖出來的富含水的泥漿狀出土，都裝入軌行式礦車，運到桑加特豎井。在井底，礦車3輛一組或6輛一組，將出土倒到皮帶運輸機上。井底有5台皮帶運輸機，長20m，寬2.4m。皮帶運輸機將出土裝入十齒滾筒式破碎機中，將出土中的礫塊粒徑破碎到80mm以下。

　　破碎後的泥土落入5台拌合機中的1台，5台拌合機放在一個直徑9m的鋼筋混凝土的八邊形桶中，每個拌合機中有4個旋轉的耙把棄土粒徑進一步改小。拌合時同時加水，把泥土稀釋到固體含量低於20%的粘稠泥漿。每個旋轉耙1t多重，每分鐘旋轉11轉，連續不斷迫使泥漿通過鋼網格。網格是穿孔鋼板，安裝在八角形桶內。

　　拌合好的泥漿存放在豎井中一個中間層板上，該層板在海平面標高以下47m，其下是井底。在井底安裝8台強制式泥漿置換泵。泥漿混合物通過兩條直徑255mm的管路中的一條泵出。泵送水準距離為1600～2000m，泵送最大高度為140m。
　　直徑140mm的雙作用泵對泵送物液化比要求不高，更適於運送液態泥漿。最初，這種泵用來泵送含水量為40％～60％、最大粒徑60mm的稠漿。不過，很快發現，在常規條件下，這種漿液的粘度受其流動性影響；會產生沉澱和堵塞，泵送受阻。
　　漿液製備系統的改進，產生了更易流動、均質、細粒徑混合泥漿。這種泥漿100g，幹土含水80～150g。
　　儘管在八角形桶內安裝了孔徑10mm和20mm的格篩，泥漿中仍含少量粒徑大於15mm的物塊。不過在排漿管內從未產生沉澱和堵塞現象。
8　　台晉茲梅斯特KOS2180型泥漿泵，都配有液壓驅動器。該驅動器由2台250kW電動機帶動。可變速度限制在每分鐘21個活塞衝程之內。泥漿有效流量為100～120m³/h。通常，每天最多維持2o個小時的開機時間，每月出泥50000m³。
　　泥漿泵工作液壓為17～20MPa。輸漿鋼管壓力約5MPa。每台泵單獨配一路鋼管，鋼管外徑為273mm，管壁厚9.27mm·各種管件用維克HP70ES型快速接頭連接。接頭的陰槽與鋼管端頭扣死。每條管路最多有20個彎管，輸送距離約為600～2000m，輸送高度為130～140m。
　　泥漿泵系統剛洞啟用，很快出現與鋼管的強度和支撐有關的問題。這些問題產生的原因是由於泥漿泵的衝撞力而引起的。進行多次試驗，發現當泥漿泵動作從一個缸體轉換到另一個缸道引起劇烈震動，幾乎達到破壞狀態。簡單的折翼閥門，即使安裝氣體減震器，也不能解決問題。
　　為了保護泵機，晉茲梅斯特公司在泵機上加接了一根直徑250mm的橡膠加鋼絲的軟管，伸出泵機4～6m，並研製了HMC-S閥門，根據Bureau Veritas進行的量測和記錄，以及對斯溫KSP80型泵機的測試，證明當倒換閥門時，必須使泵機與管路隔開。安裝在KOS2180型泵機輸出端的HMC-S閥恰好在"S"運動後，迅即將管路隔開，然後當"S"運動一旦完成就又重複打開閥門。
　　液壓系統根據"S"位置及推力千斤頂來控制。由於閥門運動必須在百分之幾秒之內同步發生，因此控制要求很高。普茲梅斯特公司利用排泥管路內及泥漿缸內的壓力。對這種閥門的伺服機構進行了測試。
泵送作業中所遇到的困難與必須泵送藍色白堊岩上的不利條件有關。另外，還與土質條件變壞以及由於要調節井泵送如此大量的泥漿，管道內產生未預料到的壓力振動現象有關。
　　儘管工作條件不利，採取加入水量，延長拌合時間等措施後，仍能製備出細粒低稠度的混合泥漿，仍能維持合適的流速。再加上用一個刮管器。每日系統地兩次通過每一條管路，以刮除管壁上的積泥，也消除了這種新的混合泥漿的堵塞現象，儘管管道內的泥漿流速比預先設計的要小一些。
　　HMC-S閥門已安裝在每條管路上。一旦取得了這種最佳調節，它們就會使管道堵塞現象消除。除此之外，這方面還有另一些調整和改進，使這個總體裝置達到預計的最高出土速度為625m3／h。
　　儘管海峽隧道法國一側技術已日趨完善，但操作工藝不穩定，因為有許多需要進一步完善。比如有隨位置而變化的現場設備移動和適應不同地層性質等。

　　（二）英國一側隧道開挖出土作業
　　由於海峽隧道出土作業要求極嚴格，必須設計自動卸泥礦車。礦車設計成單側自卸方式。車寬1600mm，高2250mm；容量15m³。此外設有事故刹車器、裝泥指示系統和停車制動機構，以及封閉的掛車鉤和車與車之間皮帶機裝泥時不漏泥的搭頭。
　　列車由一台20t，350hp（注：hp為英制馬力單位，1op-745.700W），架線電力／電瓶電力兩用的普通軌道機車，一台20t，175hp架線電力／電瓶電力兩用的普通軌道機車和一台25t，150hP，一台24t，185hP，一台32t，230hp。另外還有10台350hp的機車，這種機車可用架線電力或用本身的牽引蓄電瓶的電力來驅動。
　　在鐵路運行隧道和服務隧道內，還有一些200hp的架線電力／電瓶電力兩用普通軌道機車來為掘進機服務。這些機車成對地牽引出土列車和進料列車。由列車前端的牽引機車遙控列車後部的牽引機車。
　　鐵路運行隧道每列車有12節運泥車，總裝泥量為250t；有4節管片車，2節運料車，1節中間輔助機車和1節前端牽引機車。服務隧道的列車除運泥車只有10節之外，其餘和運行隧道一樣。
　　運泥列車將棄泥卸入停放在隧道底板之下的一條盲坑中的中轉泥槽內（容量270t），槽底板為移動式。卸泥作業步驟如下：掛12節泥車的列車停靠在泥槽旁的側線上，列車駕駛室與側線旁的1號開關站站位元並齊。只要駕駛室到此位置就有6節泥車排成一線處於準確傾卸位置。然後駕駛員開動控制泥槽移動底板和卸車機構運轉系統。
　　卸車機構包括兩個液壓鏈條牽引的斜坡滑架。牽引第一個滑架沿軌平面上的泥車底部側緣滑過，迫使卸車側的聯動機構將泥車側門打開，卸出棄泥。第二個滑架緊跟隨其後，使泥車復位。並關閉泥車側門。泥車側傾卸泥時，有一個卡軌機構，將泥車與軌道卡在一起。
　　然後，機車將其餘6節泥車調到與側線旁2號開關站站位元對齊。重複上述卸泥程式。12節泥車卸泥時間需要3～4min，傾卸作業必須中斷一次，以便將泥車調到另一個傾斜位置。
　　兩列泥車到達泥槽的間隔時間。大約為25min。顯然，隨著隧道延伸，運距增加，機車和泥車也需增加。
　　高速卸泥有助於列車往復一次周轉時間的減少，則隨運距而增長的時間就成了整個出泥作業的控制因素。線路最大坡度為1.1％，鋼軌重量為每碼75英磅。列車空載速度為25km/h，重載速度為18km/h。為提高運輸效率，每條隧道都鋪設雙線軌道，並在關鍵處設轉線軌道。
　　由6個泥槽、計量運輸機、皮帶運輸機組成的整套系統，能使棄泥轉運並裝入泥槽的作業連續不斷地進行。每迴圈大約需30min，每個泥槽吞吐能力為25t。在陸地段及海底段的端頭各設3個泥槽。

 

阿樓編譯自《國際隧道與隧道工程》