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世界最长隧道排名,里面有多少辛酸故事



本文由公众号“工程人天地”王富华原创,并授权独家刊发





导读

本文由关于隧道科技发展的六个故事构成:

故事1:盾构竟然是受蛆虫启发想到的!

故事2:隧道爆破技术曾让人付出什么代价?

故事3:别逗了,现代盾构技术的诞生是很无奈的!

故事4:几十公里长的隧道,如何解决空气窒息的梦魇?

故事5:海底隧道那么长,两头施工如何精准对接?

故事6:几十公里长的隧道,出了事怎么逃生?



哥达基线隧道,全长57公里,世界隧道巅峰之作。当然这一令欧州人自豪的纪录估计保留不了多久就得移居中国,因为有中国铁建、中国中铁、中国交建,这样的工程巨头存在。在当今时代,世界建筑的巅峰制作对于欧美人来说,也许只能是昙花一现,这是他们的悲哀,也将是我们的骄傲,诸君多努力。



哥达基线隧道,穿越欧州著名的阿尔卑斯山,由瑞士人打造,历时14年大同,耗时17年才于2016年6月1日正式运营时,横亘欧州亿万年的山岳,终将天障变通途。哥达基线隧道贯通后,界时从瑞士至意大利米兰将缩短一小时。对此中国人可以笑了,因为随便捡出一条高铁,奔跑的速度和缩短的时程都可以笑傲欧美日了。




哥达隧道的贯通是现代隧道技术的结晶,但是隧道施工发展却不是一蹴而就的。让我们顺着六个精彩绝伦的故事,开始一场隧道掘进的科技之旅,让我们在惊叹人类智慧的同时,看看昔日灵感源泉又是怎样迸发出来的吧。





故事一、泰晤士河底隧道,盾构及喷射混凝土的祖师。天才灵感的来源简直是绝了!

时光回朔到十九世纪初的英国(1825年),当时的大不列巅是世界的经济货物的中心,可泰晤士河却成了交通的障碍。英国的船又都是高桅杆的船,桥要修的高就需要很长的引桥,所以只有从地底打主意,于是全球第一条水底隧道摆上了英国工程师的案头。首先要解决的是水底修隧道时要面临被浅覆盖的河水压跨的风险,而此时一个法国叫布纽尔的工程师跳到隧道界的历史舞台上说出了一个绝妙的主意。




原来这位老兄在以前的造船厂工作过,发现有一种叫船蛆的软体动物可以穿进木材里头,就象人类打隧道一样。原来软软的船蛆头部有个带锯齿状的硬壳,即便最硬的木头都能钻透,同时软软的身体又能释放一种粘液糊在已钻透木头四壁形成硬壳,这样避免了潮湿的软木受热膨涨把通道堵死。




于是这个聪明的法国工程师师从船蛆,在泰晤士河底修隧道时,先建设了个上下三层分36小格的长方形铁框架,称之为盾构,这就是现代修地铁和地质复杂段盾构的由来。不过当时工效很慢,每个小格里站一个人,从上到下顺序挖,随挖随封,每次只前进10厘米,由上到下全部挖完后,由千斤顶往前推进。然后抓紧时间马上砌筑,这就相当于我们今天的及时初支及二衬了。

这个全长396米的水底隧道花了18年时间才修通,隧道修通后,见过大场面的伦敦人愣是要求了三个月的时间供大家参观,累计参观人数达一百万,相当于全伦敦人口的一半,而参观的核心就是这个初始盾构机。 就是到了现在的中国,一些城市修建地铁,仍能吸引不少好奇有门路的人来参观惊叹!现在通过泰晤士河只需45秒,想想当时工人在铁架子里小心翼翼向前挖时,要面对腐植物释放的毒气,要面对连指甲都能腐蚀掉河底烂泥,可见修建时有多么坚辛困苦,真正是不容易,这此理当致敬!




以上技术在哥达隧道就得到了沿用和发展。如在高压,存在缩径的岩石段就使用先进的盾构技术,保证了在开挖过程中不被压跨坍塌;在刚开挖结束后的空间里迅速喷射一层凝结速度很快的混凝土把四壁稳定和撑起来,这就象船蛆释放能迅速干结的粘液一样。而盾构技术在中国的地铁隧道及地质复杂的山岳隧道里已是常用技术,至于喷射混凝土技术已成了隧道施工中的普遍技术了。




不过在修建哥达基线隧道时,有些地段的地质更为坚难复杂的多,如高埋深地段遇水后松软的如同泥土一般的地质,单靠立寻常钢网架并喷射混凝土进行初级支撑仍难免坍塌的风险。于是瑞士工程师想出来了一种由多段衔接的双层重叠可滑动钢拱架,两钢架重叠处用高强度钢夹夹住,当受力时两层拱架在夹具内滑动最后锁死,然后再喷射高强度混凝土与钢格架一同组成钢筋混凝土起到初期支护作用,而后再进行第二次钢筋混凝土衬砌施作。这样就为在隧道在最薄弱环节穿上了一层最为坚固的钢筋铁甲。




其实这种可滑动的钢拱架算是世界首创,其实听说在中国西南复杂的隧道里也有类似钢拱架,只是用的高强弹簧来顺应这种大自然的伟力。所以说这种技术在中国的隧道修建中也是有应用或着说更好的构思的,因为川藏铁路中有个更为伟大的喜马拉雅山在等着中国铁建人去征服呢。





故事二、博斯山隧道,隧道爆破技术应用的开始及付出的惨重代价

1833年,布里斯托港要修一条通往伦敦长达200公里,当时全英最大的铁路工程。而主持这项坚巨工程的重担落在了一个不足30岁名叫的撒姆巴德年青人身上。


而这个年青人正是那个搞盾构的祖师爷,修泰晤士隧道的布纽尔的儿子,他立志要修建当时人类最快最舒适的铁路,以完成他的人生光荣。但博斯山成了他通往梦想光荣的障碍,翻越不可能,绕行又太慢,只有穿越。而长达3公里有着坚硬石灰岩构造的博斯隧道,拿十字镐与铲子来对付有点愚公移山,精卫填海的味道。于是这个胆大的家伙借用了军工火药技术,先爆破山体后开挖,并在隧道预定沿线增设了8个竖井,16个工作面,大大加快了掘进速度。但爆破中产生的二氧化硫及一氧化碳这些会令人昏迷甚至死亡气体,为此付出了一百多人的牺牲。




在哥达基线隧道的施工中,更为精准钻爆、炮眼及火药的科学布设让隧道成形基本符合设计轮廓,而这在中国被称之为光面爆破,通过竖井斜井增加施工面的作法在长隧道中也得到了广泛的应用。不过在隧道钻进中哥达隧道主要依靠巨无霸形的机器人来钻进,一般能两分钻掘进4米,精度误差几公分,相对于中国普遍使用人来钻眼在功效上要强的多,当然在中国如果是遇到像哥达基线这样的长隧道也会用相同技术,因为这种技术在中的一些长大隧道中也已遂步得到了推广,只是机械还基本是靠进口国外,有些差距啊!




故事三、麦西河底隧道,被逼无奈下创造了现代盾构技术的开端,掘进技术实现了第一次飞跃



19世纪末的利物浦是英国最繁忙的城市之一。而宽阔的麦西河制约了她的进一步繁荣,于是打通西河底隧道成为持续城市繁荣的伟大工程。而麦西河底隧道顶部仅省几尺厚的岩层,令总工福斯及施工人员整日提心吊胆,担心爆破不当震裂围岩裂隙令河水倒灌造成灾难。于是福斯苦思暝想,于是一个前方安装巨大的锐利铁齿可旋转掘进的机械出现了,最多一周可挖60米,而打通那一年是1886年,历害吧!




哥达基线隧道的施工中一些不良地质段落就应用了种盾构机,不过版本已是升级换代,有着4座足球场长度,带切削转盘,宽幅近10公尺的盾构机,每天能咀嚼40米的岩石,就象火车一样在铺设的铁轨上慢慢前行,所路过的地方,初喷结束二衬结束隧道已成形,很牛X吧。而这种技术在当今的中国各大城市的地铁建设中正被广泛应用。






故事四、辛普伦隧道,隧道通风技术的出现,结束了长大隧道空气窒息的梦魇


辛普伦隧道,贯穿阿尔卑斯山,长19.8公里,1919年贯通。辛普伦隧道是横贯欧州的东方快车的重要节点,而东方快车后则更是大名鼎鼎,在各种通俗文学中用以指代激情的异国旅行豪华游,如曾经轰动一时的《东方快车谋杀案》就发生在这条线路上。辛普伦隧道在1905年开始修建,而在一百年前要修这样一条隧道,想想都可怕,因为这样长的隧道深处会因为空气缺乏而窒息而死,何况在1833年修建的长3公里的博斯隧道就因爆炸后的二氧化硫和一氧化碳浓度的超高付出100多条生命的代价,想想都不寒而栗。




于是首先要解决的是如何把新鲜空气送进深深的隧道中去。 一个叫阿弗瑞德布兰德的德国工程师想出了个简单却极其实用的办法,他在大隧道的旁边修了一条小隧道,大隧道与小隧道每掘进200米就用横通道连起来,从小隧道里往里吹风,通过风压把大隧道里的废气排出来。修到下一个横通到时又把前面的横通道堵上以促进空气流通,从而确保施工隧道内的空气新鲜。




哥达隧道师法辛普伦隧道,把一条大隧道变成基本平行的两条小隧道,从而保障了空气的流通。在中国修建隧道中普遍应用的风筒就是这个原理,它就像大隧道里的一个小隧道一样能把新鲜空气送到掘进面上去(隧道中俗称掌子面)。当然在中国修建的特长隧道中这种双隧道也同样被应用过,如在云桂铁路长达18218米的石林单洞双线铁路隧道的边上就修了一小隧道,我们称之为平行导洞。平导除了辅助通风外还可以辅助出碴加快掘进速度,建成后还可以被当地用作二级公路 ,建时与建后的功能都挺强大的。






故事五、英吉利海峡隧道,50公里的海底长隧的修通使得精准成为现实


34公里宽阔的英吉利海峡使得英国孤悬于欧州大陆之外。修一条英吉利海峡隧道,打通联通英法两国的纽带成为令许多杰出工程师狂热的梦想。

这个早在1802年时一位法国工程提出的修建英吉利海峡隧道的梦想主张,曾得到了野心勃勃的拿破仑的欢心,也曾令晕船到家喻户晓的维多利亚女王十分开心,30年后又一位叫Gamond的杰出的工程师在探索英吉利海峡隧道的修建上付出了他的一生,虽然设计完美但最终只能纸上谈兵落得了个晚景凄凉,因为政治原因也好,因为机缘巧合也好,这位工程师的计划被沉在了英吉利海峡的海底。

这个沉睡在海底的梦想一睡就是百年,直到1988年才终于苏醒,从梦想跳到现实中来。而中国的台弯海峡隧道听说全长有两百公里,是中华两岸人的伟大梦想,而这一梦想何日成为现实呢,我想应该在不远的将来了吧,因为京福铁路延伸线的终点就是台湾,而他的一段福平铁路已在建设中啦。为此梦想让我们翘首以待吧!





1988年开始兴建的英吉利海峡基本沿着Gamond的设计路线和思路在干,所以Gamond虽然晚景卑微,心力憔悴而死,但是后人仍尊其为海底隧道之父。因该说英吉利海峡有着适宜修建隧道梦幻般且连续的石灰岩,通过海上钻探确定了这种石灰岩的起伏,那么地下盾构隧道的修建必须精准沿着起伏的海底石灰岩层前行,于是在机器的电脑上输入了设计路线坐标,在已掘进的隧道壁上和机器上安装了用于传递和接收测量坐标的雷射激光接收装置用于指导掘进方向。最终这条长5公里的海底隧道以2CM的误差精确贯通。哥达基线隧道就是用了这种原理和装置,而目前在中国的任何一个城市的地铁盾构隧道中都使用类似方法以保证隧道掘进的精确贯通。所以精密测量是超长隧道精确贯通的保障。






故事六、 哥达公路隧道,一场可怕的事故造就了哥达基线隧道的超级安全


2001年邻近的哥达公路隧道 发生两辆车相撞,结果造成了数千度的高温,两辆车融在了一起,致11人遇难。在超长隧道里等待救援无异于等死,如何打造一条超级安全隧道摆在了设计建造者的面前。而哥达基线隧道在隧道里建了两个紧急救援车站,若遇到灾难时,车可以行到应急车站里通过逃生通道逃跑,逃生通道的顶部800米处有一个大吸风机可以将山顶的新鲜空气吸入逃生通道从而将浓烟逼回主隧道中去,这样就确保了特长隧道的运营安全。关于这一点目前中国的隧道还未见,但是在山洞里建隧道的技术却早已是登峰造极,宜万隧道就有好几座洞内隧道,至于竖井通风也成了常规技术,所以中国已完全有能力有技术水准建设超长隧道。





哥达基线隧道,全球第一长大隧道,被益为世界隧道的巅峰之作,是工程建设的里程碑。而这些技术我们从文中可以看到,当今的中国都已掌握,所以中国铁路的建设者不要枉自菲薄。我们有理由相信世界最长最高的隧道都将诞生在中国,因为台湾海峡在那里,因为喜玛拉雅在那里,因为中国人的勤劳智慧在那里。




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