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英法海峡隧道的业主是欧洲隧道公司,施工承包是英法TML集团公司,是世界10家最大施工公司的联合体。英法海峡隧道于1987年9月开工,经过7年之久的努力,3条长度各为50.5km(英法两国的竖井洞口间长度)的平行隧道及配套工程于1993年12月12日移交给了隧道的业主和运营部门欧洲隧道公司。建成的英法海峡隧道,又一次把不列颠群岛和欧洲内陆连接起来。通过这一工程的海底铁路隧道,穿越海峡的时间比轮渡节省了一半多,同时也不再受气候变化等自然条件的限制。
英法海峡隧道采用TBM施工法进行长距离、大断面机械开挖施工成效显著。特别是TBM机型的确定,TBM技术创新与进步,新型掘进机的技术性能和功能特征以及TBM后车架配套设备优化等技术环节起到了非常重要作用,其有效性也得到了证实。
英法海峡隧道是近10年来世界上规模最大、最宏伟的海底铁路隧道之一。新一代的TBM在施工中采用了最新的技术及设备,并创下了掘进新成就。
(1)采用TBM掘进大断面隧道长度达18532m(8号TBM)创世界之最;
(2)最大月进尺达1487m(9号TBM)创长大海底铁路隧道施工掘进最好成绩之一;
(3)在长大的海峡隧道中TBM时间利用率提高到90%,整个系统的时间利用达到了60%的最好成绩,也是最新纪录;
(4)建造海底长大铁路隧道采用混合机型TBM崭新技术的施工还属首创;
(5)由于最初的基本技术的应用得到了极大的变革,已与复杂地质条件下施工相适用,TBM的适用性、可靠性和先进性在工程实践中作用也得到证实。
(6)海峡隧道施工和运营的通风设置见图29。
英法海峡隧道工程采用TBM施工所取得的成效十分显著,科技创新是新技术、新材料、新设备、新工艺、新结构施工生产应用的不可缺少环节。它具有明确的目的性、综合性、系统性和可行性。它是TBM新型号研制、系统设备配套和工艺流程等的创新过程,它已成为英法海峡隧道实现快速施工的基本要素。
图29 英法海峡隧道施工和运营的通风设置
英法海峡隧道采用TBM法的技术创新和进步主要在以下方面取得进步:
1.TBM主体功能的技术开发、技术创新导致英法海峡隧道修建成为可能,井使隧道施工技术水平和开挖能力得到迅速提高。新型的TBM在混杂的地层条件下和破碎岩石中的成功作用,把TBM的适用范围推向一个新阶段。
2.TBM新型号研制所共有的综合性能提高而出现的几种特殊新功能
(1)设计制造了能抵抗1MPa防水用密封装置;
a.盾尾密封装置;
b.大轴承密封装置;
C.前后两节可伸缩铰接式盾构密封装置;
d.撑靴密封装置;
e.压力舱的出殖系统密封装置;
(2)吸盘式衬砌(或管片)拼装机具有双臂双作用;
(3)衬砌储运就位系统;
(4)长寿命的盘式刀具(混合地层条件下)
a.快速更换盘刀新结构;
b.碳化钨盘刀的压力补偿;
C.新型的刀具轴承;
(5)多控的螺旋机串联组合结构出碴系统,其功能有:
a.出碴功能;
b.出碴时可降低内压功能使岩碴可从1.1MPa压力下经螺旋机转动到1个大气压下(降压功能);
C.两台机可作反向转动,当变换其中一台转速时,就能使碴屑压密,压实到不同程度的堵塞柱,同时改变转速也可使碴屑的含水量不变。
(6)TBM既能以开启式作业又能以闭胸式作业;
(7)不受衬砌的拼装工序的影响而有连续开挖的功能;
(8)"V"字形布置的推进于斤顶是跨在前后盾构壳体之间的缝隙处环板位置上,使TBM转弯或前进;
(9)主机内皮带输送机出碴,当有地下水浸入,该机具有快速缩回机构,且能将压力舱隔板的开口自动关闭应急安全措施;
(10)4号、5号盾构掘进机的出渣系统用一套双作用的旋转器来作为压力释放装置。
(11)使TBM利用率提高到90%的关键措施是采用计算机来分析TBM的运转效果,并指出机电方面的故障问题,明确了机电维修保养目标;
(12)TBM的后方快速运输系统的技术创新
a.采用设有列车交换的作业.该系统有一条主皮带运输机,长105m,后接封闭8m长喂料皮带机,再经两条并列的轨载的梭式输送机往复行走,连续、均衡地将碴屑卸到两列并列13×14×40m长的列车上,实现快速装卸、驳运的快节奏运输;
b.竖井内弃碴作业采用液压提升、管道输送技术。
主要技术参数:
①混合碴浆:100g于碴含水80~150g;
②粒径:小于20mm;
③流量:100~120m3/h;
④磁泵型号:KOS2180×8台;
⑤工作压力:127~200MPa;
⑥输送管道口径:273×9.27mm;
⑦输送高度:hmax=140m;
⑧输送水平距离;1.6~2km;
⑨生产能力:20h开机时间的月出碴量为350000m3。
⑩泵进作业场所:桑加特竖并(法国一侧)
(11)弃土地点:丰德·皮诺。
C.牵引机车在隧道内运行时,采用架空电线输电,取代电瓶供电的技术措施,解决隧道内的环境潮湿。电力线接地漏电,使供电系统跳闸,故障甚多。并应用全新的180马力电力机车投入快速、高效运行,提高隧道内整体运输系统的效率。
3.TBM施工中实际位置与理论中线间的偏差控制采用了创新技术
①英法两国TBM相对推进,没有办法设一个临时(测量)交会点。除了英法两国施工基本测量需要密切配合外,同时建立了一个特别座标体系,利用纳费斯塔卫星网,使误差降到10cm左右。
②利用ZED系统进行导向,借助激光标图和计算机,用一个专门程序测定出TBM状态将沿着推进的蛇行们差及时修正其轨迹。
③TBM的导向与使用的衬砌环可沿着曲线衬砌隧道,压偏的位置可通过旋转可能插入锁口的封顶管片的4个位置来使之移高一些和移低一些。
④TBM开挖精度±5cm。
⑤衬砌安装的容许误差以及衬砌变形量等,而预留间隙为±15cm.
英法海峡隧道建成,不但再现了其无以伦比的TBM技术,而且还向人们展示了TBM技术发展所取得的惊世成就.其成功关慢因素,是致力于TBM技术追求多样化技术的有机融合而不仅仅是技术突破。这一点在研究、设计、工程和持续改进等各个环节中看到。其结果使英法海峡隧道工程建设优质高效完成,而且海峡隧道的修建标志着TBM施工技术的最新水平,也是融合英法美日德等国家TBM施工技术于一体的最高成就。
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