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在2024年世界隧道大会上,来自英国的同行通过介绍泰晤士河隧道、HS2高铁工程、Crossrail等一系列大型项目案例中应用的创新技术和方法,分享了近年来英国隧道行业的发展趋势——“更智能、更大型、更经济、更环保”。
更智能的隧道设计
近年来,设计人员从地质勘测活动中获得的信息量大大增加。数据分析已成为岩土工程师和隧道工程师不可或缺的技能,在优化流程、提高效率和支持隧道设计决策过程中发挥着至关重要的作用。
对于Crossrail这样的大型工程,运用BIM创建了庞大的信息资源网络,不仅满足工程建设需求,也为地铁运营提供了信息支持。Crossrail所有设计都以3D形式完成,采用中央软件模型管理所有BIM的2D/3D模型。CAD图纸均经过审核,统一整合进中央软件模型中。该模型由Crossrail项目方运行,并与其建筑承包商分享,最终移交给铁路的运营管养方。
更大的隧道直径
从历史悠久的伦敦地铁到现代新基础设施项目,隧道直径的扩大趋势显而易见,盾构技术的进步使建造越来越大的隧道成为可能。但随着隧道直径的增加,也会带来多方面的挑战,包括施工和物流、浅覆土始发、软弱地层等,尤其是建造大直径隧道通常需要使用大直径盾构,而盾构的安装和始发又需要巨大的竖井。为满足这一需求,一种被称为“毛毛虫”竖井的新型方案备受瞩目,并且成功应用。该新型竖井有以下优点:
1)空间优化。竖井提供了宽敞的空间,可满足大型掘进机的尺寸和要求。这类竖井的设计注重结构的完整性和效率,确保盾构安全始发。
2)减少支撑。减少了对额外结构支撑的需求,从而简化了施工流程,降低了项目成本。
3)地面沉降影响小。有助于最大限度地减少地面沉降影响,降低对周围环境的潜在影响。
更经济的临时工程
在管片衬砌隧道内施工联络通道时,一般依赖半月形钢支撑或铸铁隧道管片来控制隧道结构内的变形。然而,在HS2项目中采用了一种“特殊管片”。这类特殊管片不依赖支撑,而在开口区周围为管片提供高结构承载力。这种结构加固方法可以有效地将剪切力传递到相邻环上,是控制变形的关键因素。
传统喷射混凝土衬砌采用双层结构,一次衬砌和二次衬砌中间夹1层防水膜。在英国,一种更新颖的方法得到了越来越多的应用,即将防水层喷涂到结构上,随后硬化,以达到类似混凝土的硬度。这种技术能显著减少二次衬砌厚度,优化隧道建设的效率和可持续性。
更绿色的隧道建设
建设中的HS2工程在实施低碳排放战略方面走在了前列: 在施工中普遍采用低碳混凝土,以减少碳排放; 在软土地段、浅覆土区和交叉通道开口附近采用纤维加固隧道; 成功使用氢燃料旋挖钻机施工了4根深30 m的桩,降低了二氧化碳排放。