认识最有趣的隧道钻孔机

现在在洛杉矶,埃隆·马斯克(Elon Musk)正在用他闪亮的新玩具,一个叫做“ Godot” 的二手隧道掘进机(“ TBM”)在泥土里玩耍。他希望通过“走3D”在地下修建高速公路来彻底改变汽车旅行方式。

马斯克的滑稽动作已经引起过境规划专家的批评。贾里特·沃克(Jarrett Walker)指出,马斯克的思想本质上是反城市和反过境的。阿隆·列维(Alon Levy)表示,马斯克对隧道技术提出的技术主张是虚假的:马斯克似乎认为,有很多低落的成果可以改善隧道技术,而实际上,该技术已经非常先进。

人们倾向于认为隧道是地铁等地下系统中最昂贵的部分,但是由于已有的TBM技术,它们通常只占总成本的一小部分。有时低至10%。

地铁最昂贵的部分是车站。在我看来,当我们不仅可以将现代钻孔技术用于车站之间的隧道,而且可以更便宜地构建包括车站在内的完整系统时,它就变得很有趣。

各种公司已经开发出许多隧道建设创新技术来应对现实世界中的限制。他们给我们这样的TBM:

巨型TBM

马斯克说,如果只是缩小隧道的面积,他可以便宜地建造隧道。但实际上,未来的不是小TBM,而是大TBM。随着直径的增加,TBM的成本不会增加太多。因此,建造一个非常大的隧道比建造两个较小的隧道便宜。因此,已经建造了巨大的)线性隧道建筑工厂,其中一些工厂的直径可达17.6m

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隧道的两个阶段:推进和安装隧道衬砌(在此处查看完整的视频)

如果大直径的隧道足够大,不仅可以容纳轨道,还可以容纳地铁内的站台,那么对于地铁的建设来说,大直径的隧道将变得非常有趣。这样就节省了成本,因为不必开挖大的洞穴,而可能需要从上面挖大量的土地来购买。

巴塞罗那的9/10号线项目使用了一条大直径的隧道,该隧道是如此之大,以至于两条轨道和两个平台可以在一条隧道内相互堆叠。

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资源

这些Arge隧道还可以容纳其他必要的基础设施:在夜间将火车停在旁板上的轨道,坡道,以便火车可以从一层穿越到另一层,疏散路径,变电站—所有这些都需要空间和成本。

其他项目使用超大型TBM建造隧道,隧道分为两层,分别容纳6条高速公路,并且紧急疏散和通风都在单个管道内(马德里,西雅图)。还有水道或下水道隧道

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99号国道(来源

吉隆坡的一个有趣的项目称为“ SMART隧道”,该项目将四车道高速公路隧道与雨水渠结合在一起。在大暴雨期间,道路被封闭,整个隧道被用来输送雨水。

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其他项目将铁路和公路结合在一个隧道中。在中国的武汉,一条正在建设中的长江下游双管隧道将上层高速公路与下层的地铁相结合。

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武汉地铁七号线隧道(来源

垂直TBM

假设您已经使用大型TBM建造了地铁线路,并在隧道内安装了平台-您仍然需要从地面访问这些车站。传统上,您会挖一些检修井。如果有地下水,这可能很慢,劳动强度大并且很复杂。但是在有趣的隧道技术新世界中,有一个TBM可供使用:“立井下沉机”

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立式下沉机(来源

它是由隧道底部的挖掘机和土方组成的机器,顶部的挖掘机是从上方向下推动的隧道衬砌环。

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挖掘和添加戒指(来源

这里的技巧是将环安装在轴的顶部,然后将整个轴向下推。它在表面留下了许多复杂的技术。这也意味着您最终不会在没有逃脱的情况下在底部拥有一台大型机器:大多数TBM不能向后移动,因为它们比正在建造的隧道大,因此它们的另一端需要一个开口逃离地下(或最后被拆散)。

在底部,挖掘机可以在水下工作,因此竖井可以具有与周围环境相同的地下水位,直到达到所需的深度并且在底部浇筑混凝土密封为止。

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倒入底部封条(来源

使用这台机器,为电梯建造出入通道以进入我们假设的地铁线路将相对简单。

对角TBM

现在,我们可以在巨型隧道内的地下深处修建地铁线路,并向下竖立竖井以提供电梯通道。关键是,如果您希望很多人访问您的车站,则需要自动扶梯,每小时可以移动更多的人。这意味着我们希望隧道既不是垂直也不是水平,而是以30度的自动扶梯角度建造。

1997年,圣彼得堡在地下很深的地方开设了5号线的延长线。但是一个长达102m的车站Admiralteyskaya)直到十多年后才开放,因为他们不知道如何建立与地面的连接。在这段时间里,火车一直穿过这个幽灵站,但并没有停在那里,因为与地面没有任何联系。

问题在于附近有很多博物馆和文物建筑,地面由柔软的土壤组成。冻结地面并将其像岩石一样对待的通常解决方案被认为风险太大,因为冻结产生的地面扩展可能会损坏建筑物(哦,他们用完了钱,也很难找到一块土地用于建造)站)。

最后,他们想出了一种以一定角度挖洞隧道掘进机。机器带走土壤并立即用隧道代替,最大程度地减少了地面的移动。这允许在不影响环境的情况下进行挖掘。

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TBM的侧视图(来源

从某种意义上说,用TBM建造几乎不超过100m的隧道似乎是疯狂的。仅当您要构建大量隧道时,才可以设置“工厂”隧道。为了使这种方式更经济,TBM尽可能地重复使用。当TBM到达底部时,大部分将被拆卸并移至下一个站点。留在地下的唯一东西是隧道护罩,它是TBM前端的大金属保护套,用于组装隧道衬里-因为它比隧道宽。

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向下观察成角度的轴(

最后,建造了三个倾斜的隧道,长度在105m和160m之间,允许三个新的站点开放。Admiralteyskaya站于2011年开通,距地铁线路本身约14年。

矩形TBM

传统TBM的一个问题是它们会建造具有圆形横截面的隧道。但是,隧道的内部横截面通常需要为矩形。通常我们想要一个平坦的底部,墙壁笔直向上,天花板高度相对恒定。

如果我们使用圆形的TBM来建造隧道,那么我们在侧面会浪费很多空间。当空间非常有限时,或者如果我们要在尽可能靠近地面的地方建造隧道,这尤其可能成为问题。

对于地下通道来说尤其如此,地下通道必须尽可能靠近地面,并且高度也相对较小(低至2.2m),但需要足够的宽度(4m以上)。传统上,这些将使用“挖土”来建造:挖出道路,放置隧道,并在顶部重建道路。这可能是对以上地面道路的重大破坏。

为了解决所有这些问题,一些隧道技术公司已经开始提供一种新型的隧道掘进机:矩形TBM。

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矩形TBM(来源

这个想法由德国一家公司提出,但已经由中国一家公司建造并使用,它的目的是要有一个小型的矩形挖掘机。它们可用于在空间受限的环境中建造短而低深度的隧道,同时将对地面的影响降至最低(这也可以降低成本)。

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矩形TBM挖地下通道(

与其在TBM内不包括组装隧道衬砌(多段中的一部分)的设施,不如在插入轴处插入完整的环,然后将整个隧道一次顶起一个段。

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资源

该技术用于在新加坡的Havelock地铁站建立地铁通道。该公司希望有一天可以使用该技术来构建整个站点。

使用这种矩形TBM概念建造的车站可能会非常有趣:与前面提到的“巨型” TBM不同,该技术可以在空间受到更多限制的环境中靠近地面建造车站,并允许乘客平台并排-而不是堆叠。

结论

在构建运输系统时,约束通常是关于物理,几何形状和成本,而不是技术(请参阅我对“小火车”的批评)。

我认为我们必须谨慎对待主要基于技术的运输问题解决方案。马斯克正试图出售一种快速修复技术,该技术在现实生活中将无法逃脱几何学和物理学。他的方法毫无意义,他对城市的理解还很差……但是,他的技术却很无聊。

另一方面,技术可以提供有趣的工具来推进锚定在现实世界中的项目,并将几何,物理,时间和成本方面的约束推向极限。

*有关隧道技术的更多信息,我推荐网站TunnelTalkHerrenknechtTunneling Products Page

来了,老弟
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