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三大隧道
对秦岭隧道l线平导进口端岩爆的几点认识
英法海峡隧道工程设计与施工
一、英法海峡隧道兴建史
二、海峡隧道地质和工程概况
三、海峡隧道盾构掘进机
四、海峡隧道掘进施工
五、隧道衬砌结构设计
六、海峡隧道出土作业
七、海峡隧道海底波线室施工
八、海峡隧道工程安全设计和安全作业
九、英法海峡隧道的资金筹集和运营设计
十、TBM在英法海峡隧道工程中取得惊世成就
日本东京湾公路隧道设计与施工
一、海底公路隧道概况
二、自然条件
三、隧道设计
四、隧道施工
五、试验研究项目的确定及其要求
六、配合隧道建设的大型附属工程
丹麦斯多贝尔特大海峡隧道工程
一、工程概况
二、海底铁路隧道总体设计
三、隧道衬砌管片设计研究
四、降水设计措施
五、隧道防腐设计
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 六、海峡隧道出土作业

隧道网 www.stec.net(2003-5-29)
 

  海峡隧道所使用的现代化隧道掘进机,生产能力极高,隧道施工运输距离又特别长,出土运输任务是世界隧道工程史上史无前例的。盾构掘进机后配套设备和运输车辆的联合作用,再加上有经验的作业人员的操纵,方能取得可靠进度。一旦某一环节失调,整个系统就会瘫痪。海峡隧道法国一侧大约出土33×105m3,其中2×105m3(北运行隧道)直接从法国一侧洞口排出,其余全部在桑加特竖井井底,先破碎稀释成泥浆,再用双作用强制式置换泵泵入丰德·皮诺专用弃土场。
  英国一侧从隧道内挖掘出的土,先堆入列车编组隧道段上的漏斗,并通过地下运输机送向主运输机坑道,再由此送到地面污泥处理场,见图17。隧道运输机每小时的处理出土能力为2400t,但在实际应用中,运输机每小时的出土能力常达到3200t。仅莎士比亚上下两个隧道(采用新奥法施工〕工程耗时14个月,需挖土120000m3消耗喷射混凝土4000m3,走道上铺设混凝土8000m3。


图17 英法海峡隧道出口的出土传送系统

  在四年多施工期间里,英法海峡隧道工程将挖掘出土方5000000m3。为解决这些数量巨大的土方,建造了一个污泥处理场。要达到污泥处理的实际效果,应用板桩围成若干个封闭式海塘。海塘建设与污泥处理平行作业。海塘防坡堤的建设使用了三艘顶起式驳船,并设置两道充填混凝土的板桩墙。海塘建设长度达1.7km,需用215000m3混凝土。

  (一)法国一侧隧道开挖出土作业
  法国一侧海峡隧道,除陆地3段北侧运行隧道之外,掘进机开挖出来的富含水的泥浆状出土,都装入轨行式矿车,运到桑加特竖井。在井底,矿车3辆一组或6辆一组,将出土倒到皮带运输机上。井底有5台皮带运输机,长20m,宽2.4m。皮带运输机将出土装入十齿滚筒式破碎机中,将出土中的砾块粒径破碎到80mm以下,见图18。
  破碎后的泥土落入5台拌合机中的1台,5台拌合机放在一个直径9m的钢筋混凝土的八边形桶中,每个拌合机中有4个旋转的耙把弃土粒径进一步改小。拌合时同时加水,把泥土稀释到固体含量低于20%的粘稠泥浆。每个旋转耙1t多重,每分钟旋转11转,连续不断迫使泥浆通过钢网格。网格是穿孔钢板,安装在八角形桶内。


图18 桑加特竖井翻碴、破碎、搅拌及泵送设备

  拌合好的泥浆存放在竖井中一个中间层板上,该层板在海平面标高以下47m,其下是井底。在井底安装8台强制式泥浆置换泵。泥浆混合物通过两条直径255mm的管路中的一条泵出。泵送水平距离为1600~2000m,泵送最大高度为140m。
  直径140mm的双作用泵对泵送物液化比要求不高,更适于运送液态泥浆。最初,这种泵用来泵送含水量为40%~60%、最大粒径60mm的稠浆。不过,很快发现,在常规条件下,这种浆液的粘度受其流动性影响;会产生沉淀和堵塞,泵送受阻。
  浆液制备系统的改进,产生了更易流动、均质、细粒径混合泥浆。这种泥浆100g,干土含水80~150g。
  尽管在八角形桶内安装了孔径10mm和20mm的格筛,泥浆中仍含少量粒径大于15mm的物块。不过在排浆管内从未产生沉淀和堵塞现象。
8  台晋兹梅斯特KOS2180型泥浆泵,都配有液压驱动器。该驱动器由2台250kW电动机带动。可变速度限制在每分钟21个活塞冲程之内。泥浆有效流量为100~120m3/h。通常,每天最多维持2o个小时的开机时间,每月出泥50000m3。
  泥浆泵工作液压为17~20MPa。输浆钢管压力约5MPa。每台泵单独配一路钢管,钢管外径为273mm,管壁厚9.27mm·各种管件用维克HP70ES型快速接头连接。接头的阴槽与钢管端头扣死。每条管路最多有20个弯管,输送距离约为600~2000m,输送高度为130~140m。
  泥浆泵系统刚洞启用,很快出现与钢管的强度和支撑有关的问题。这些问题产生的原因是由于泥浆泵的冲撞力而引起的。进行多次试验,发现当泥浆泵动作从一个缸体转换到另一个缸道引起剧烈震动,几乎达到破坏状态。简单的折翼阀门,即使安装气体减震器,也不能解决问题。
  为了保护泵机,晋兹梅斯特公司在泵机上加接了一根直径250mm的橡胶加钢丝的软管,伸出泵机4~6m,并研制了HMC-S阀门,根据Bureau Veritas进行的量测和记录,以及对斯温KSP80型泵机的测试,证明当倒换阀门时,必须使泵机与管路隔开。安装在KOS2180型泵机输出端的HMC-S阀恰好在"S"运动后,迅即将管路隔开,然后当"S"运动一旦完成就又重复打开阀门。
  液压系统根据"S"位置及推力千斤顶来控制。由于阀门运动必须在百分之几秒之内同步发生,因此控制要求很高。普兹梅斯特公司利用排泥管路内及泥浆缸内的压力。对这种阀门的伺服机构进行了测试。
泵送作业中所遇到的困难与必须泵送蓝色白垩岩上的不利条件有关。另外,还与土质条件变坏以及由于要调节井泵送如此大量的泥浆,管道内产生未预料到的压力振动现象有关。
  尽管工作条件不利,采取加入水量,延长拌合时间等措施后,仍能制备出细粒低稠度的混合泥浆,仍能维持合适的流速。再加上用一个刮管器。每日系统地两次通过每一条管路,以刮除管壁上的积泥,也消除了这种新的混合泥浆的堵塞现象,尽管管道内的泥浆流速比预先设计的要小一些。
  HMC-S阀门已安装在每条管路上。一旦取得了这种最佳调节,它们就会使管道堵塞现象消除。除此之外,这方面还有另一些调整和改进,使这个总体装置达到预计的最高出土速度为625m3/h。
  尽管海峡隧道法国一侧技术已日趋完善,但操作工艺不稳定,因为有许多需要进一步完善。比如有随位置而变化的现场设备移动和适应不同地层性质等


  (二)英国一侧隧道开挖出土作业
  由于海峡隧道出土作业要求极严格,必须设计自动卸泥矿车。矿车设计成单侧自卸方式。车宽1600mm,高2250mm;容量15m3。此外设有事故刹车器、装泥指示系统和停车制动机构,以及封闭的挂车钩和车与车之间皮带机装泥时不漏泥的搭头。
  列车由一台20t,350hp(注:hp为英制马力单位,1op-745.700W),架线电力/电瓶电力两用的普通轨道机车,一台20t,175hp架线电力/电瓶电力两用的普通轨道机车和一台25t,150hP,一台24t,185hP,一台32t,230hp。另外还有10台350hp的机车,这种机车可用架线电力或用本身的牵引蓄电瓶的电力来驱动。
  在铁路运行隧道和服务隧道内,还有一些200hp的架线电力/电瓶电力两用普通轨道机车来为掘进机服务。这些机车成对地牵引出土列车和进料列车。由列车前端的牵引机车遥控列车后部的牵引机车。
  铁路运行隧道每列车有12节运泥车,总装泥量为250t;有4节管片车,2节运料车,1节中间辅助机车和1节前端牵引机车。服务隧道的列车除运泥车只有10节之外,其余和运行隧道一样。
  运泥列车将弃泥卸入停放在隧道底板之下的一条盲坑中的中转泥槽内(容量270t),槽底板为移动式。卸泥作业步骤如下:挂12节泥车的列车停靠在泥槽旁的侧线上,列车驾驶室与侧线旁的1号开关站站位并齐。只要驾驶室到此位置就有6节泥车排成一线处于准确倾卸位置。然后驾驶员开动控制泥槽移动底板和卸车机构运转系统。
  卸车机构包括两个液压链条牵引的斜坡滑架。牵引第一个滑架沿轨平面上的泥车底部侧缘滑过,迫使卸车侧的联动机构将泥车侧门打开,卸出弃泥。第二个滑架紧跟随其后,使泥车复位。并关闭泥车侧门。泥车侧倾卸泥时,有一个卡轨机构,将泥车与轨道卡在一起。
  然后,机车将其余6节泥车调到与侧线旁2号开关站站位对齐。重复上述卸泥程序。12节泥车卸泥时间需要3~4min,倾卸作业必须中断一次,以便将泥车调到另一个倾斜位置。
  两列泥车到达泥槽的间隔时间。大约为25min。显然,随着隧道延伸,运距增加,机车和泥车也需增加。
  高速卸泥有助于列车往复一次周转时间的减少,则随运距而增长的时间就成了整个出泥作业的控制因素。线路最大坡度为1.1%,钢轨重量为每码75英磅。列车空载速度为25km/h,重载速度为18km/h。为提高运输效率,每条隧道都铺设双线轨道,并在关键处设转线轨道。
  由6个泥槽、计量运输机、皮带运输机组成的整套系统,能使弃泥转运并装入泥槽的作业连续不断地进行。每循环大约需30min,每个泥槽吞吐能力为25t。在陆地段及海底段的端头各设3个泥槽。




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