(二)法國一側盾構掘進機 法國一側的隧道工程開始是在含水的白色的灰色白堊地層裏施工,然後進入完全不滲透的藍色白堊地層。這個地層被認為是隧道工程施工理想的中間地層,因而法國一側的盾構掘進機採用土壓平衡式設計方案。盾構施工作業面,無需任何的支撐措施。
法國一側使用了土壓平衡盾構掘進機,施工中要對付的地下水壓力高達0.95MPa,由於隧道要經過多處自然斷裂地層,採用這種盾構掘進機是合乎實際的。法國一側的海底服務隧道盾構掘進機的一個顯著特點,是配置了一個套筒式能伸縮的切削刀盤。這種能伸縮的切削刀盤可在盾構前面掘進。在這種難以施工的地層裏,盾構掘進機只能採用閉胸式施工。盾構掘進機的尾部周邊密封裝置是使用4道塗上油育的鋼絲刷。
法國一側的土壓平衡盾構掘進機。在最初6000m海底服務隧道施工中,經歷了極其困難的階段。在這6000m裏,1號區間段海底服務隧道處於含水軟土地層時遭遇的最大地下水壓力達0.92MPa。
1.盾構掘進機分佈
法國一側隧道工程共有6個區間段,使用5台盾構掘進機。其中1號區間段海底服務隧道使用一台美國羅賓斯公司的盾構掘進機;2號區間段北面海底鐵路隧道和3號區間段南面海底鐵路隧道使用兩台羅賓斯/川崎公司的盾構掘進機;4號區間段陸地服務隧道使用一台日本三菱公司的盾構掘進機;5號區間段北面陸地鐵路隧道使用一台三菱公司的盾構掘進機,掘進結束後,再進行南面陸地鐵路隧道的掘進,見圖6。
2號和3號區間段海底鐵路隧道,使用羅賓斯/川崎公司的盾構掘進機。盾構掘進機設置側向撐腳錨壁系統,能用於較硬的藍色白堊地層中施工。
1號、2號和3號區間段隧道的盾構掘進機,都有一個鉸接,鉸接的盾構前部直徑小於盾構後部,以便液壓千斤頂操縱控制工作。4號和5號區間段隧道的三菱公司盾構掘進機,也同樣利用千斤頂控制盾構方向,顯示出高度的機動性。
2.盾構形式
法國一側1號區間段隧道的羅賓斯公司盾構和2號、3號區間段隧道的兩台羅賓斯/川崎公司盾構,設計為一種既能應付堅硬岩層又能適應軟弱地層的混合式盾構掘進機。能進行開啟式和闊胸式掘進施工。開啟式施工時,盾構掘進機如同岩石鑽進機一樣,使用帶有圓盤式滾刀和靠後30mm裝有刀頭的切削頭。切削頭向前掘進時,盾構軀身保持錨固不動,出土通過螺旋輸送機傳送到鏈動輸送機上,再送至軌道裝土車,最後送到桑加特工作井底的泥漿處理裝置裏。真空管片拼裝機在盾尾延伸範圍之間進行圓隧道混凝土襯砌拼裝。在襯砌拼裝同時,盾構掘進機在施工人員的操縱下,可不受干擾地連續向前掘進施工。
閉胸式施工時,1號區間段隧道的盾構掘進機切削頭縮回,螺旋輸送機末端的釋放閘門關閉,將工作面同盾構掘進機的其餘部分隔絕。盾尾和隧道襯砌之間設置5道充滿油脂的鋼絲刷,主要起密封作用,可防止水流從盾構掘進機後面湧入隧道。為確保密封防水,注漿料在有效壓力下通過灌漿泵注入襯砌和盾構之間的環帶,油脂也在壓力下擠入密封層內.切削頭向前掘進時,盾構掘進機緊隨其後,通過20只液壓千斤頂推離後面隧道襯砌向前推進。
兩台活塞排泥泵將出土從高壓艙內向外送到常壓區段。每一環掘進行程完成後,進行隧道襯砌的拼裝,然後根據施工組織設計計畫書的要求,對1000m後的隧道襯砌進行壓漿。1號區間段隧道的最後5000m襯砌拼裝時間,每環需用13min。月度最高推進速度為1032m(1990年5月)。
羅賓斯/川崎公司的2號和3號區間段隧道掘進機,為鉸接盾構,各自長14m,盾構切削頭配置49個單頭圓盤滾刀和232把刮齒.這兩台盾構按設計要求在開始掘進階段的軟土地層中進行氣壓施工,能承受1.5MPa的壓力.待盾構掘進機一旦通過承壓含水地層,就可轉換成開啟式無氣壓施工。開挖出土是通過兩節長15m、直徑分別為1.4m和1.Zm的阿基米德式螺旋輸送機運出。兩節螺旋輸送機的運轉方向相反,因此通過其中一節的變速,將出土壓縮進入一個變動的土塞區段.改變螺旋輸送機的速度,還可使出土的含水量保持正常不變,而可不管土的原來的狀態如何,見圖7。海峽隧道掘進機分佈和性能情況見表1。
3.土壓平衡盾構出土
從盾構切削排出的土,通過螺旋輸送機進到活塞卸上裝置,活塞卸土裝置能使所出的土保持在較低的壓力。因為從切削頭排出的土,其壓力可能高達1.IMPa.而皮帶運輸機都處於大氣壓條件下。
在陸地隧道施工中,盾構掘進機一直處在含水地層中。自由端頭螺杆使粘稠泥土在開挖艙底部聚集.有兩個特殊裝置裝在兩節螺杆上,使得壓力下降。一個是套管旋轉器,部分靠近套管旋轉器的螺杆在旋轉時可使壓力降低值增加,另一個是對螺旋輸送機後面的排放閘門進行控制,用以控制排放到皮帶運輸機上的出土量。服務隧道的盾構螺旋輸送機,設置第二節螺旋輸送機,與第一節螺旋輸送機配套使用。
海底一側,隧道的較大部分都位於乾燥地層中。開挖出土都是由安裝在切削刀盤邊緣的鏟頭挖集,然後倒入盾構掘進機中心軸下面的螺杆進口槽筒。安裝兩個分隔裝置,進行降壓。
服務隧道盾構掘進機,兩個活塞進出裝置安裝在螺旋輸送機出口,各自形成一個上艙。螺旋輸送機的交替排放,形成一個半連續性的送上狀態.隨著活塞汽缸的退縮和出口閘門的關閉,螺旋輸送機出土借助其重力排落.
鐵路區間隧道日本川崎公司的盾構掘進機,也安裝了兩節串聯螺旋輸送機。第二節螺旋輸送機的旋轉減速及其相對於第一節螺旋輸送機的退縮,使在第一節螺旋輸送機和第二節螺旋輸送機之間產生土塞。土塞形成後,第二節螺旋輸送機繼續轉動,出土臨近土塞時,轉速增快,使出土順利排出。出土從第二節螺旋輸送機的出口排落在皮帶運輸機上。開挖艙內壓力甚小或沒有壓力時,第一節螺旋輸送機將直接進行排土。然後,出土通過皮帶運輸機,送入盾構掘進機後面的軌運裝泥車裏。
盾構掘進機開啟式掘進施工時,出土不經過兩節螺旋輸送機路線,幾乎直接落在主要皮帶運輸機上,然後再傾卸在輔助運輸機上。開啟式和閉胸式兩種施工法的出土途徑相同。出土跟隨輸送機排入裝土翻斗車內,然後再送至桑加特料坑.在此,將出土倒入大桶,再製成泥漿,用泥泵送到位於方德彼得諾的棄土堰.
2號和3號區間段海底鐵路隧道的盾構掘進機,距前面的1號區間段服務隧道盾構掘進機約有2000m。保持這樣的距離有利於對1號區間段海底服務隧道盾構所遭遇的水流湧入地段,通過襯砌實施壓密注漿.
2號和3號區間段隧道的盾構掘進機在開啟式掘進施工中,使用盾構軀身前部的6只液壓撐腳和軀身後面的4只液壓撐腳.撐腳張開錨固時,16只推進行程為1.65m的千斤頂開始工作,使用可延伸的切削頭向前推進。盾構將撐腳收回後,依靠盾尾襯砌的反力,使盾構自身向前移動。
4號和5號區間段陸地隧道掘進機是泥水盾構,由日本三菱公司製造。當採用閉胸式施工時,盾構除了設有兩節阿基米德式的螺旋輸送機外,還使用了套管旋轉器,主要用作減壓系統。
4.襯砌拼裝
法國一側的隧道襯砌是採用預製混凝土管片構成,用螺栓聯接。襯砌管片均在盾尾內進行拼裝,這是與英國一側不相同的,英國一側襯砌直接背靠在白堊地層岩壁上。
海底鐵路區間隧道,每環襯砌由5塊8t重的管片和1塊封頂塊管片組成。6塊管片由載運列車運送到鐵軌端頭,然後由高架管片運輸機提起,送到拼裝位置。真空舉重臂再將管片遞送給兩台獨立工作真空拼裝機的其中一台,真空拼裝機將管片拼裝就位。
阿樓編譯自《國際隧道與隧道工程》