英吉利海峡隧道工程的经验教训与21世纪工程

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英吉利海峡隧道工程的经验教训与21世纪工程

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 1016 0


英吉利海峡隧道(The Channel Tunnel)又称欧洲隧道(Eurotunnel),由三条长51km的平行隧洞组成,总长度153km,其中海底段的隧洞长度为3×38km,是目前世界上最长的海底隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m,开挖洞径为8.36~8.78m;中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m,开挖洞径为5.38~5.77m.从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约(Treaty of Canterbury)到1994年5月7日正式通车,历时8年多,耗资约100亿英镑(约150亿美元),也是世界上规模最大的利用私人资本建造的工程项目。Tran bbs.Com隧道的开通填补了欧洲铁路网中短缺的一环,大大方便了欧洲各大城市之间的来往。英、法、比利时三国铁路部门联营的‘欧洲之星’(Eurostar)列车车速达300km/h;平均旅行时间,在伦敦与巴黎之间为3个小时,在伦敦和布鲁塞尔之间为3小时10分。如果把从市区到机场的时间算在内,乘飞机还不如乘‘欧洲之星’快。

  欧洲隧道还专门设计了一种运送公路车辆的区间列车,称‘乐谢拖’(‘Le Shuttle’)。各种大小汽车都可以全天候地通过英吉利海峡,从而使欧洲公路网也连成了一体。人们称誉这项工程,‘一梦200年海峡变通途。’欧洲隧道工程的经验和教训,内容十分广泛,如果下一个世纪中国要修建台湾海峡隧道,有很多值得借鉴的东西。本文仅根据考察和采访中收集到的资料,就主要方面谈一些看法。

  一、 采用成熟的先进技术

  西方传媒和学术著作都称欧洲隧道为人类工程史上的一个伟业。这不仅因为它总长踞世界之冠,为它投入了巨额资金,而且工程量宏大,从欧洲隧道中挖出的土石方计750多万立方米,相当3座埃及大金字塔的体积;隧道衬砌中用的钢材,仅法国一边就相当于3座埃弗尔铁塔,更重要的是它成功地解决了许多工程技术上的难题。

  它在技术上的方针是要求可靠、先进。可靠与先进之间不总是统一的,所以它几乎‘排除了为隧道工程进行专门的创新设计的可能性’,而是‘采取经过试验的成熟技术’,‘在各个部分精心选取欧美不同国家的标准设计,以确保其高质量和可靠性’。将成熟的先进技术在复杂的工程中成功地加以综合应用,本身就是一种创造,这样做大大减小了工程风险。这种技术方针和观念,在我国对高、新技术的呼声十分高涨和普遍的情况下是有借鉴意义的。如何在权衡技术的先进性与可靠性以及资金、时间的限制之间,找到一个合适的‘度’,是各种项目决策中值得认真研究的。在欧洲隧道的建设中比较突出的工程技术成就如下(当然不限于这些):

  1.充分的地质工作和正确的判断

  地质钻探工作从58年做到87年,重要的钻孔达94个。

  浅层勘探在海底以下150m之内,考虑隧道布置的范围;深层勘探在海底以下800m之内,主要为评价地震风险提供数据。海底钻探曾采用大型北海石油钻机,每个钻孔平均费用约为50万英镑。勘探发现海底有一层泥灰质白垩岩(Chalk Marl),厚度约30m,饱和容重约23KN/m3,抗压强度6~9MPa,变形模量800~1600MPa,蠕变系数φ=1.5,渗透系数(1~2)×10-7m/s.该岩层抗渗性好,硬度不大,裂隙也较少,易于掘进,隧道线路就布置在它的下部,距海底25~40m.由于岩层的起伏,而隧道要求一定的运行坡度,所以隧道轴线在平面和立面上均呈平坦的W形。工程专家们认为,充分的地质资料和正确的判断,使欧洲隧道找到了理想的岩层。

  2.精心、合理的安全设计海底隧道的规划设计把施工和运行安全放在极重要的地位。之所以不采用一条大跨度双线铁路共用隧洞,是为了减小海底施工的风险和提高运行、维护的可靠性。在两条单线铁路洞之间是后勤服务洞,每间距375m设置直径为3.3m的横向通道与两个主洞连接,连接处有防火撤离门。

  后勤服务洞的主要功能是在隧道全长范围内提供正常维护和紧急撤离的通道。在接到命令后,它可在90分钟内将全部人员从隧道和列车中撤到地面。它还是向主洞提供新鲜空气的通道,并保持其气压始终高于主洞,使主洞中的烟气在任何情况下都不能侵入后勤服务洞。后勤服务洞在施工期是领先掘进的,这为主洞的掘进提供了详尽的地质资料,对保证安全施工有重要意义。此外,隧道的运输、供电、照明、供水、冷却、排水、通风、通讯、防火等系统都充分考虑了紧急备用的要求。

  3.较好地解决了某些特殊的工程技术问题列车在很长的隧洞中高速行驶时会产生压差和空气动力阻抗。特别是欧洲隧道列车的阻塞比(列车与隧道断面之比)很高,如果没有卸压管,列车的驱动力需要增加很多。为此隧道沿线每250m设一个2m直径的卸压管,从后勤服务洞的顶上跨过,把两个铁路主洞连接起来。在设计阶段对卸压管的作用做了许多模型研究,使其有较好的空气动力效应,并避免在管中产生气流冲击。铁路隧道和列车要承受车辆震动的长期反复荷载。

  为此铁道路轨采用了一种称作‘松那飞’(Sonneville)的系统。一系列连续焊接的铁轨下面设弹性减振装置,使车辆在轨道上行驶非常平稳。该系统的部件要经过多种性能测试,包括经历1000万次荷载周

防渗膜是以pe膜作为基材,与土工布复合而成的防渗材料,它的防渗性能主要取决于pe膜。东方防渗膜应用的pe膜,主要有聚氯乙烯和聚乙烯、EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物),它们是一种高分子化学柔性材料,比重较小,延伸性较强,适应变形能力高,耐腐蚀,耐低温,抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道,以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形。

期的疲劳试验,以确保系统的可靠性。该隧道还采用一种由铁路控制中心操纵的‘司机台信号系统’(Cab Signal)。这种信号不是在机车外面或轨道旁边,而是显示在司机台的屏幕上。一旦司机对信号没有作出反应,自动列车保护装置就会使列车减速,直到停止,保证列车安全行驶。长隧洞掘进时的通风往往是施工中的一个难题。欧洲隧道对空气循环的途径和风机的布置都作了详细的规划和研究。不仅设置通风管,而且也利用隧洞本身作为通风通道,使开挖面的风量达到13.5m3/s,符合社会保障与安全组织和地下工程协会规定的通风标准。

  4.掘进机发挥重要作用隧道施工的主要设备是隧道掘进机(Tunnel Boring Machines),具有不同的型号、尺寸和性能,出自欧洲、北美和日本的不同厂家。它们从英国海岸的莎士比亚崖和法国海岸的桑洁滩两个掘进基地开始,分别沿三条隧洞的两个方向开挖,共有12个开挖面,其中6个面向陆地方向掘进,另6个面向海峡方向掘进。


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