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隧道是怎么建成的?

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Part1 山岭隧道(钻爆法)

答主刚好是隧道工程从业人士,隧道是怎么建成的非三言两语可以说清楚,不同的隧道用不同的方法,比如山岭隧道、地铁隧道、海底隧道施工方法差异巨大。为了便于大众理解,我仅以山岭隧道为例说明,取关键步骤泛泛一谈,还有一些具体细化的步骤就直接省略了。专业人士勿喷。

一、做洞口

隧道是怎么建成的?

像上图所示,先根据设计好的位置,立好洞门拱架,然后浇筑混凝土。然后打入大管棚,就是上面那一排钢管,长度 10-30 米视情况而定,打入之后再高压往里面注入水泥浆,它的好处就是土跟钢管水泥浆粘结在一起,形成一个拱圈状的加固土体。这样挖的时候就不会容易垮了。做好之后大概就是这个样子了:

隧道是怎么建成的?

二、挖洞身,做第一层支护

隧道挖的时候了根据岩石的好坏选取不同的方法,挖的大小和方式不一。具体来说,如果是坚硬完整的岩石,那隧道多大就可以挖多大,如果是上图这样的土,就得分三块、四块等来挖了。这是新成昆线某隧道,就是分四部分来挖的,现在见到的是挖上左,还有下左,上右,下右待挖。

隧道是怎么建成的?

一般而言,岩石隧道挖了之后不会马上垮,而土质隧道由于预先注浆或者打了锚杆(也就是粗点的钢筋)也不会马上垮,这个时候,工人就会按照测量的指示,把一些预先做成隧道轮廓样子的钢拱架安放到指定位置,如下图(咦,中间的工人有点眼熟):

隧道是怎么建成的?

钢拱架放好之后,那些两根拱架之间的空隙要放钢筋网片,焊接好,侧向也要打入锚杆。之后,就要喷射混凝土了。如下图:

隧道是怎么建成的?

混凝土喷射出来之后,就会粘在钢架上,这样钢架和隧道的岩石以及混凝就组成了一个整体,共同受力。这个时候,整个隧道就是这个样子的:

隧道是怎么建成的?

当然,我这些隧道图片都是网上找的,并不是同一个隧道。所以看的不一样。上图这个隧道很明显,就是分两部分开挖的。隧道一般是分两层支护,第一层就像上图这样的,喷射混凝土上去之后它就具有了一定的稳定能力,很长一段时间都不会垮的。但是隧道要想几十年之内都不出问题就得进行下一步了。

三、做第二层支护

这一步呢,就跟我们的桥梁、建筑类似了,就是用钢筋混凝土了。所以需要绑扎钢筋,并且在里面铺好防水板,毕竟山里面的隧道防水工作十分重要。这一步大概就是下图这样:

隧道是怎么建成的?

上图那些密密麻麻的钢筋里面亮闪闪的就叫防水板,这些钢筋都是工人们站在这个台子上一根一根绑扎焊接的。钢筋做好之后,就是浇筑混凝土了。那这些混凝土怎么往墙上去的呢?就要接下来这个大家伙上场了:

隧道是怎么建成的?

这家伙叫二衬台车,自带振动功能,前面的工序完成后,就把它推进去。这样整个台车跟隧道墙壁之间还有空隙,我们把两端封住。通过台车身上的管道注入混凝土,自动振捣,就做成隧道的二次支护,也就是最终的支护了,浇筑过程如下:

隧道是怎么建成的?

混凝土浇筑完成后,过了规定的养护时间就可以拆模了,台车也可以开走了。最后他就变成下图这样了,这样的它由于形成一个封闭的稳定结构,基本不会像桥梁一样出现垮塌了,地震来了都不怕。

隧道是怎么建成的?

这样隧道的主体结构就完成了。其后就是隧道的路面、防排水、通风、照明、供配电、安全等设施的施工,这里不再赘述了。以上就是山岭隧道的最常用的开挖过程。

Part2 海底隧道(沉管法)

想不到大家点赞的热情这么高,那我再更新下海底隧道最常用的沉管法。所谓沉管法,暴力的解释就是先在地面上预制好隧道,再沉到海底。同样我也分三步来说。

一、预制沉管

隧道很长,当然不能做一个整的出来,我们一般都是一节一节预制好,然后再对接,以港珠澳大桥海底隧道为例,一节沉管长达 180 米,重上万吨,即使我们做出来,也运不走。那怎么办呢?那就在靠近海边的陆地上挖个大坑,在里面把节段预制好。如下图:

隧道是怎么建成的?

预制好之后,由于它太重了,没有机械可以运,那就先把沉管两端堵住,把水放进来。如下图:

隧道是怎么建成的?

堵好之后放水:

隧道是怎么建成的?

当然,上下图不对应,大家理解就好。这样预制的沉管隧道就准备好了,等着运到指定地点。在运之前,我们还需要做一件事。

二、基槽开挖

由于海底表层都是淤泥,沉管沉之前必须先把基础做好,用专用设备把表层的淤泥清干净

隧道是怎么建成的?

当然海底是什么样的我们看不见,但实际操作的时候有专用的视频监控设备,这里不再讨论。清除淤泥之后,根据海底的基础情况可能要用打入挤密砂桩,抛石等等手段,使基础密实。如下图:

隧道是怎么建成的?

好吧,海底看不到,用动画截图了……基础弄好之后就要进行下一步了。

三、沉管运放、水下对接

隧道是怎么建成的?

把沉管拖至指定地点,在往下沉,在下沉过程中根据各种高精度的监测设备实时监测,确保两节沉管精准对接。这是沉管隧道施工中难度非常大的一环,也是考验各种技术水平的关键步骤。对接好之后,接头处要做好防水措施,浇筑混凝土,之后再覆土回填,这就是沉管隧道的主要施工过程了。具体细节的处理,欢迎大家在评论区指出来

Part3 城市地铁隧道(盾构法)

很多人都在说盾构,那我就一起写上了。盾构法其实是 TBM 掘进机法的一种,只不过软岩地区习惯称之为盾构。盾构法在城市地铁隧道,跨江、跨河、跨海隧道都有广泛的应用。盾构机是一种非常昂贵的设备,据说国产的价格都是两千万以上,那日本、德国的我不敢想象。如下图:

隧道是怎么建成的?

前面这个就是刀盘,就是它把岩石或者土体切削下来运到后方,在通过其它运输工具运走。我照样分三步来说。

一、始发井施工、盾构下井

因为地铁隧道是埋在地下的,用盾构施工的时候,先需要从地面上挖个坑下去,把盾构机安装好,然后再掘进。由于坑挖的比较深,容易坍塌,所以周围需要采取很多措施进行加固支撑,如下图:

隧道是怎么建成的?

坑挖到指定位置,盾构机就可以下去安装调试了。如下图:

隧道是怎么建成的?

二、盾构掘进,管片安装

盾构施工跟钻爆法不一样,它的衬砌是分成一块一块的,工厂化预制,预制好之后,运输去现场拼接即可。所以掘进之前,先得把管片做好:

隧道是怎么建成的?

这些就是盾构管片,整个地铁隧道就靠他们组装在一起撑着了 O(∩_∩)O~

盾构机掘进的时候,前面是刀盘切削土体,后面是千斤顶加压使它前进。切削出来的土通过机械运出洞外,大概是这个样子的:

隧道是怎么建成的?

当然,每掘进一点距离,工人就要把管片安装好,支撑土体,保证安全。如下:

隧道是怎么建成的?

放一张施工完的,这样是不是看的更清楚:

隧道是怎么建成的?

三、接收井洞周加固,盾构进井

这一步就没啥说的了,把接收井洞周加固好,等待盾构机进来,如下图:

隧道是怎么建成的?

盾构机破壁而出,有没有点科幻片的即视感?盾构隧道的流程基本就是这样了,之后把盾构机拆了,吊上去就行了,至于这两个大坑,装修装修就变成地铁站了~

以上就是各种隧道建成的主要过程了,需要指出的是,钻爆法不仅用于山岭隧道,在地铁隧道,海底隧道都有广泛的应用,盾构法也经常用于各种过江河海的隧道,这三种方法基本囊括了各种隧道的施工方法。再次声明,仅作为非专业人士的扫盲贴,对专业人士来说尚不严谨,请自行研究。找图辛苦,给个赞吧。O(∩_∩)O~~

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