每次坐車過隧道的時候都在想這個問題,到底是怎麼建成的?開鑿個大緻形狀然後搭鋼筋抹水泥啥啥?
Part1 山嶺隧道(鑽爆法)
答主剛好是隧道工程從業人士,隧道是怎麼建成的非三言兩語可以說清楚,不同的隧道用不同的方法,比如山嶺隧道、地鐵隧道、海底隧道施工方法差異巨大。為了便于大衆理解,我分别以山嶺隧道、海底隧道、地鐵隧道施工中幾種典型的施工方法為例說明,取關鍵步驟泛泛一談,其中一些具體細化的步驟就直接省略了。專業人士勿噴。
一、做洞口
像上圖所示,先根據設計好的位置,立好洞門拱架,然後澆築混凝土。然後打入大管棚,就是上面那一排鋼管,長度10-30米視情況而定,打入之後再高壓往裡面注入水泥漿,它的好處就是土跟鋼管水泥漿粘結在一起,形成一個拱圈狀的加固土體。這樣挖的時候就不會容易垮了。做好之後大概就是這個樣子了:
二、挖洞身,做第一層支護
隧道挖的時候了根據岩石的好壞選取不同的方法,挖的大小和方式不一。具體來說,如果是堅硬完整的岩石,那隧道多大就可以挖多大,如果是上圖這樣的土,就得分三塊、四塊等來挖了。這是新成昆線某隧道,就是分四部分來挖的,現在見到的是挖上左,還有下左,上右,下右待挖。
一般而言,岩石隧道挖了之後不會馬上垮,而土質隧道由于預先注漿或者打了錨杆(也就是粗點的鋼筋)也不會馬上垮,這個時候,工人就會按照測量的指示,把一些預先做成隧道輪廓樣子的鋼拱架安放到指定位置,如下圖(咦,中間的工人有點眼熟):
鋼拱架放好之後,那些兩根拱架之間的空隙要放鋼筋網片,焊接好,側向也要打入錨杆。之後,就要噴射混凝土了。如下圖:
混凝土噴射出來之後,就會粘在鋼架上,這樣鋼架和隧道的岩石以及混凝就組成了一個整體,共同受力。這個時候,整個隧道就是這個樣子的:
當然,我這些隧道圖片都是網上找的,并不是同一個隧道。所以看的不一樣。上圖這個隧道很明顯,就是分兩部分開挖的。隧道一般是分兩層支護,第一層就像上圖這樣的,噴射混凝土上去之後它就具有了一定的穩定能力,很長一段時間都不會垮的。但是隧道要想幾十年之内都不出問題就得進行下一步了。
三、做第二層支護
這一步呢,就跟我們的橋梁、建築類似了,就是用鋼筋混凝土了。所以需要綁紮鋼筋,并且在裡面鋪好防水闆,畢竟山裡面的隧道防水工作十分重要。這一步大概就是下圖這樣:
上圖那些密密麻麻的鋼筋裡面亮閃閃的就叫防水闆,這些鋼筋都是工人們站在這個台子上一根一根綁紮焊接的。鋼筋做好之後,就是澆築混凝土了。那這些混凝土怎麼往牆上去的呢?就要接下來這個大家夥上場了:
這家夥叫二襯台車,自帶振動功能,前面的工序完成後,就把它推進去。這樣整個台車跟隧道牆壁之間還有空隙,我們把兩端封住。通過台車身上的管道注入混凝土,自動振搗,就做成隧道的二次支護,也就是最終的支護了,澆築過程如下:
混凝土澆築完成後,過了規定的養護時間就可以拆模了,台車也可以開走了。最後他就變成下圖這樣了,這樣的它由于形成一個封閉的穩定結構,基本不會像橋梁一樣出現垮塌了,地震來了都不怕。
這樣隧道的主體結構就完成了。其後就是隧道的路面、防排水、通風、照明、供配電、安全等設施的施工,這裡不再贅述了。以上就是山嶺隧道的最常用的開挖過程。
Part2 海底隧道(沉管法)
想不到大家點贊的熱情這麼高,那我再更新下海底隧道最常用的沉管法。所謂沉管法,暴力的解釋就是先在地面上預制好隧道,再沉到海底。同樣我也分三步來說。
一、預制沉管
隧道很長,當然不能做一個整的出來,我們一般都是一節一節預制好,然後再對接,以港珠澳大橋海底隧道為例,一節沉管長達180米,重上萬噸,即使我們做出來,也運不走。那怎麼辦呢?那就在靠近海邊的陸地上挖個大坑,在裡面把節段預制好。如下圖:
預制好之後,由于它太重了,沒有機械可以運,那就先把沉管兩端堵住,把水放進來。如下圖:
堵好之後放水:
當然,上下圖不對應,大家理解就好。這樣預制的沉管隧道就準備好了,等着運到指定地點。在運之前,我們還需要做一件事。
二、基槽開挖
由于海底表層都是淤泥,沉管沉之前必須先把基礎做好,用專用設備把表層的淤泥清幹淨
當然海底是什麼樣的我們看不見,但實際操作的時候有專用的視頻監控設備,這裡不再讨論。清除淤泥之後,根據海底的基礎情況可能要用打入擠密砂樁,抛石等等手段,使基礎密實。如下圖:
好吧,海底看不到,用動畫截圖了......基礎弄好之後就要進行下一步了。
三、沉管運放、水下對接
把沉管拖至指定地點,在往下沉,在下沉過程中根據各種高精度的監測設備實時監測,确保兩節沉管精準對接。這是沉管隧道施工中難度非常大的一環,也是考驗各種技術水平的關鍵步驟。對接好之後,接頭處要做好防水措施,澆築混凝土,之後再覆土回填,這就是沉管隧道的主要施工過程了。具體細節的處理,歡迎大家在評論區指出來
Part3 城市地鐵隧道(盾構法)
很多人都在說盾構,那我就一起寫上了。盾構法其實是TBM掘進機法的一種,隻不過軟岩地區習慣稱之為盾構。盾構法在城市地鐵隧道,跨江、跨河、跨海隧道都有廣泛的應用。盾構機是一種非常昂貴的設備,據說國産的價格都是兩千萬以上,那日本、德國的我不敢想象。如下圖:
前面這個就是刀盤,就是它把岩石或者土體切削下來運到後方,在通過其它運輸工具運走。我照樣分三步來說。
一、始發井施工、盾構下井
因為地鐵隧道是埋在地下的,用盾構施工的時候,先需要從地面上挖個坑下去,把盾構機安裝好,然後再掘進。由于坑挖的比較深,容易坍塌,所以周圍需要采取很多措施進行加固支撐,如下圖:
坑挖到指定位置,盾構機就可以下去安裝調試了。如下圖:
二、盾構掘進,管片安裝
盾構施工跟鑽爆法不一樣,它的襯砌是分成一塊一塊的,工廠化預制,預制好之後,運輸去現場拼接即可。所以掘進之前,先得把管片做好:
這些就是盾構管片,整個地鐵隧道就靠他們組裝在一起撐着了O(∩_∩)O~
盾構機掘進的時候,前面是刀盤切削土體,後面是千斤頂加壓使它前進。切削出來的土通過機械運出洞外,大概是這個樣子的:
當然,每掘進一點距離,工人就要把管片安裝好,支撐土體,保證安全。如下:
放一張施工完的,這樣是不是看的更清楚:
三、接收井洞周加固,盾構進井
這一步就沒啥說的了,把接收井洞周加固好,等待盾構機進來,如下圖:
盾構機破壁而出,有沒有點科幻片的即視感?盾構隧道的流程基本就是這樣了,之後把盾構機拆了,吊上去就行了,至于這兩個大坑,裝修裝修就變成地鐵站了~
以上就是各種隧道建成的主要過程了,需要指出的是,鑽爆法不僅用于山嶺隧道,在地鐵隧道,海底隧道都有廣泛的應用,盾構法也經常用于各種過江河海的隧道,這三種方法基本囊括了各種隧道的施工方法。再次聲明,僅作為非專業人士的掃盲貼,對專業人士來說尚不嚴謹,請自行研究。找圖辛苦,給個贊吧。O(∩_∩)O~~
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