书馆banner

您的位置:首页 > 书馆 > 技术资料 > 国际工程

美国东部通道工程(ESA)介绍

作者:  发布:2015/1/12  浏览:
单位:

摘 要:价值73亿美元的东部通道工程(ESA)是美国最大的在建基础设施工程,并作为纽约市交通运输管理局(MTA)基建扩展计划的一部分。该工程是纽约100多年以来首条通勤铁路扩建工程,并将给长岛铁路(LIRR)至曼哈顿东部提供一条直达线路。

价值73亿美元的东部通道工程(ESA)是美国最大的在建基础设施工程,并作为纽约市交通运输管理局(MTA)基建扩展计划的一部分。

该工程是纽约100多年以来首条通勤铁路扩建工程,并将给长岛铁路(LIRR)至曼哈顿东部提供一条直达线路。纽约现有2个通勤铁路车站:其一是位于曼哈顿西部的宾州车站(Penn),服务于长岛铁路、美国铁路公司和新泽西捷运;第二个是服务于城市北铁路(MNR)的纽约中央车站(GCT)。通勤族从长岛出发去曼哈顿东部工作,必须在宾州车站换乘地铁到达东部。工程包括长5.6km路线和8条位于既有纽约中央车站底下的站台轨线的施工,预计ESA将满足每日160000次通勤出行,从而缓解了宾州车站和地铁线的压力。

市内施工会不可避免受到众多减少环境干扰的限制条件。ESA工程高度关注其邻近构筑物,如华尔道夫酒店、卡内基音乐厅和纽约中央车站,从而提高了ESA对环境影响的灵敏度。由于大多工程都是在地下进行,路面看不到施工,需要延长补给线。

其他工程影响因素,包括利用了该工程先前已建的第63街隧道、有效固定的工程走线、建造项目缺乏可利用地面空间以致南端工作井不能建成。主要因素之一是约95%的施工正在开展中,或者在邻近运营的铁路施工,或者在位于其底下施工,然而施工不能影响运营。最头痛的是项目的昆士区部分工程被建造在美国最繁忙的交联换乘区,其每天要调度800多次列车。

项目施工分阶段在几年内完成,分为35个独立施工合同包,包括价值12亿美元的曼哈顿隧道合同包到价值200万美元的昆士区仪具安装合同。

项目标志就是位于纽约中央车站47000㎡的新终点站。1910年建成的既有终点站因其绝妙的建筑,成为世界上最知名的车站之一,也是纽约最吸引旅客前往的地点之一,每日乘客量达250000人次。为寻求建造新终点站的空间,恰在既有纽约中央车站列车棚底下挖掘大洞穴以容纳8条新建长岛铁路站台轨线。站台位于以前称为Madison Yard的地方,也就是在位于纽约中央车站西部的午间堆场找到了空间来建造站厅,以便容纳乘客和其他设施。该项目已花费大量精力来确保该洞穴车站是独一无二的建筑,并随着时间的推移,它将取得标志性地位。

TBM施工

位于曼哈顿底下长11.5km区间隧道大部分正采用TBM施工,确保地上居民房屋受干扰最少,同时允许全天侯挖掘操作。

图1  位于曼哈顿和昆士区可连接既有长岛铁路隧道(LIRR)的新隧道

将第63街底下1960年代建造的隧道规划在工程走线内,并通过有限钻爆施工法扩大隧道后使其成为TBM始发洞。第63街和第2大道连接至隧道走线是为了满足未来所必须的铁路运营。朝着西南方向,2条隧道到达了GCT5位置,即区间隧道分成上层和下层推进的垂直分离点。从该点出发,派克大街的4条隧道朝着南方推进,并就在推进入车站洞穴前,将交叉洞穴设置在上层的GCT3位置和下层的GCT4位置。

一旦穿越了折返线,区间隧道分成两叉,与此同时,4条隧道在其各层位通过折返线,然后8条隧道再与通往37号街待建的4条牵出线连接。

总共有8台独立的TBM用于推进隧道,长度范围500m~2400m,方向皆由北向南。鉴于隧道在强度范围68~275MPa的曼哈顿片岩中施工,承包商选定2台硬岩TBM:一台是罗宾斯主梁TBM,以前在澳大利亚帕拉玛塔衔接工程施工中工作,另一台是赛利公司提供的双护盾TBM。岩石的最初支护计划采用组合岩锚、钢丝网板和全圆钢拱架。实际操作中,仅有少于5%的隧道需要全圆钢拱架,该拱架是用于隧道中小于2.5m柱子之间的区域来增强柱子承载撑靴作用力。TBM施工每周5d,每日3班8h工作制轮班,平均日生产率达13m。

工程重大挑战是TBM再次始发,因为在南端没有工作井,意味着TBM必须在已完成的隧道内调头。从刀盘旁拆除管片,从而空出足够大的净空让TBM调头。对于赛利公司的护盾式TBM,还需要额外拆除挖掘中安装的钢拱架来让出净空。该步骤需要一个分阶段再支护措施,在拆除拱架前,采用MAI SDA岩锚钻入良好岩石层,并应用钢丝网板和喷浆混凝土。采用度身定制的门架确保工人在支护地层下的安全。TBM在后挂设备分期安装和每次隧道推进之间必须仔细规划,预留连接措施,因为TBM前方通道很可能被堵塞。有时,只有一条隧道可供正在施工的TBM清除渣土、材料输送和再始发工作。另外,还须为许多将来区间隧道分叉地点和挖掘洞穴的位置创建必要的空间。这些洞穴位置或Y形岔口成为TBM再始发的位置。

图2  “Y形岔口”联接点显示栓接的隧道顶部其中之一和一台TBM的后挂设备

有2个方法可为Y形岔口洞穴的TBM再始发创建空间。Y形岔口最初设计提供了充分空间来进行再利用,那时仅需要短程隧道给撑靴垫留出余地。首台再始发的TBM是位于GCT3东部Y形岔口洞穴。一旦TBM掘进穿越洞穴位置,组合利用爆破法与Sandvik公司MT729凿岩机,来挖掘洞穴至完工尺寸。随后承包商、设计师和纽约市交通运输管理局为3台TBM再始发位置和穿越下层交叉处的问题拟定了一个修正方法。该法包括将TBM朝着再始发位置上游的一端调头,在TBM前方安装混凝土堵栓,并驾驶TBM穿越该混凝土堵栓。这样逐渐使得刀盘沿着新走线穿过岩石层,而堵栓充当撑靴的临时接触表面。除了大量减少Y形岔口洞穴所需的挖掘量,堵的使用将TBM始发持续时间从4个月减少到6周。一旦证明该法有效,永久构筑物的再设计充分利用了减少断面挖掘量,预计每个Y形岔口和交叉口免去了大约15000m3的挖掘量。考虑到Y形岔口和交叉口位于GCT主车站咽喉联锁处底下13m,证明在这些位置通过排除爆破法来创建Y形岔口洞穴是有益的。

需关注的一个主要界面是GCT底下的钻爆作业。由于列车棚和站厅的使用年限,并且其邻近开挖位置,加上城市北铁路(MNR)的运营要求,爆破和爆破产生的振动要受到严格控制。事实上,城市北铁路(MNR)在爆破操作期间在影响区域内暂停其列车运营。

正在建造可容纳8条站台轨线的2个长370m、宽20m、高20m车站洞穴,在某些位置,洞穴拱顶和其上GCT城市北铁路运行轨线之间只有13m的岩石层。采用爆破法和凿岩机组合挖掘法从而使先前已推进的隧道周围扩大其挖掘。这些都是运用GRP玻璃纤维聚合物燕尾榫或者Swellex岩锚来支护的。最初,凿岩机是用于挖掘扩建推进隧道的两边巷道,从而向上扩大TBM推进的隧道,创建永久拱顶衬砌所处的洞穴拱顶和拱石段的边侧部位。此后,爆破法取决于岩石质量和允许使用的振动评价指标(对邻近的历史构筑物为12mm/s,对靠近高压蒸汽管线的为25mm/s,对别的地方高达75mm/s),拆除在3~5m放炮区内剩余柱子和台阶。岩石支护采用张紧的5m长岩锚,必要时,也可应用电焊钢丝网板和喷射混凝土。挖掘后应用湿拌喷浆混凝土,接着将防水聚氯乙烯涂装在喷射混凝土上,准备洞穴拱顶浇筑混凝土。为了减少模架高度,拱顶有别于洞穴墙面而单独设计,一旦上导洞挖掘完成,拱顶也完工了。同时尽快进行永久衬砌,以避免发生任何可能的挠度导致其上方GCT产生位移。一旦浇筑混凝土拱完成,将挖掘上下层区间隧道之间的台阶来扩大最终洞穴。

图3  东部通道工程的隧道推进和坑室段

通风装置

在曼哈顿的其他工程包括在第37街、第44街、第50街和第55街建造4个通风装置,这4处是东部通道工程在曼哈顿唯一被公众可看得见的位置。

在第37街建造的位于隧道内部的风扇,是地表唯一可见的覆盖洞室人行道里面的花格板。这通过用天井钻进建造的3.7m工作井与风扇装置连通。第44街的放空井和一个四层的通风装置正建造在纽约市交通运输管理局总部大楼、耶鲁俱乐部和GCT的围墙中间30m ×10m封闭夹缝内。由于不允许在该位置进行爆破操作,所以承包商在开始用冲击锤破岩前,选择钻孔超过40000万个,直径为100mm,力图尽量减少对邻近构筑物的震动和噪音。

中标的2个独立合同,是将既有第63街隧道连接至Harold咽喉处的主干线。项目中昆士区的地质情况完全不同于曼哈顿,主要是覆盖在曼哈顿片岩上的夹杂着漂石的冰碛石和人工回填物。建造4条区间隧道,3条是收费的,1条是为了调度列车去未来白天停泊场、工程采用的是2台直径7m的海瑞克双用TBM和预制管片衬砌。这个特别的组合仅被用于美国第五个项目,也是隧道挖掘工人首次使用该法建造隧道。之所以选择泥水盾构是因为它们比起土压平衡盾构可更好控制地层位移,这对于连接纽约至长岛和波士顿额定为96km/h主线下10m处穿越时至关重要的。

承包商在未来的紧急出口井位置里面创建“安全区”,允许大气流入从而减少压缩空气进入大刀盘。最初计划是采用喷射注浆和咬合桩组合法来建造安全区,但是由于拆去了一条工作井,将采用地层冻结法来创造一块稳固的地层让TBM掘进。为了确保TBM未被冻住,在其表皮加上额外端口,可以泵入润滑脂,从而在地层和TBM之间建立一个非冻结但防水的接触面。

TBM将从截水墙的工作井构筑物始发,该构筑物一部分由前一个合同建造。为了准备工作井,必需密封连续墙墙幅和岩石间的缝隙。

通过沿着墙面外侧安装高5m的旋喷柱,从墙上钻孔入岩石1.5m,然后注浆。基于施工记录,决定墙面某些部分接纳单行、双行、或者无旋喷柱。一旦该工程完工,约9500万升的水抽离构筑物。

通过安装横撑和拉杆来完成挖掘和支护。另一个创新之处是在连续墙构筑物以内浇筑始发洞体而不是在始发洞墙体之外和其上,而于铁路调度场之下进行地基加固。

始发洞体是能安装泥水盾构,可在挖掘穿越端墙之前向大刀盘加压,从而确保墙面后方的地层沉降受到限制。

软土地层

工程中曼哈顿和昆士区的连接距离较短(37m),但该隧道段技术含量很高。若在软土地层中建造一条宽20m的2轨线隧道段,采用顺序挖掘法施工和喷浆混凝土衬砌(纽约地区首次)还是不够的,还要在5轨线暗埋地铁车站箱体结构下,一条主要公路(北方大道)底下和一条高架地铁线路下来运用这个方法。虽然这种方法增加了一个真实存在的风险复杂因素,但其风险因素又很难量化。

该段隧道的挖掘始于既有连续墙构筑物西端所谓的“早期交通洞室”。为了能挖掘到构筑物的底部,需要进行围护和放置间距约4m现场浇筑板。另外,在硐室内钻孔150个旋喷柱,作为现场浇筑板浇注前的临时围护。

上覆构筑物的控制对于该工程成功与否至关重要,再进行广泛地层加固,能赋予抬起和降低上卧构筑物的能力。钻入了注浆孔,再通过无凝固注浆填补空穴,接着安装了U型管压浆系统,钻出补充灌浆孔进行补充注浆。

当硐室挖掘的时候,为了能够顺利完成整条隧道,在挖掘场地钻了45个冻结管孔,来建造一条堵地下水冻结的截水墙,同时安装加热管和温度探头。一个单独却同样关键的工作是安装桩和横梁,从而让既有支撑高架构筑物群桩的荷载能够暂时转移。

暗挖操作期间,暗挖过的既有桩要截断,并且最后连接至浇筑在最终衬砌的钢肋,从而让最终隧道衬砌成为既有构筑物基础的部分。在上覆和周围构筑物上进行一项广泛地层加固和地面仪表设备项目的安装,以提供隆起或沉降的实时测量数据。

汤普森总结道,“100多年前,宾州铁路、哈德逊河与东河隧道攻克了哥谭镇*。”

今日,东部通道工程队伍走在那些铁路时代巨人的肩膀上,因为他们将要再次攻克哥谭镇。

*哥谭镇Gothamtown(对纽约的戏谑称呼,美国作家华盛顿·欧文在1807年的小说内起名的)。

 

译自《国际隧道与隧道工程》20122月到3月北美版

隧道网版权及免责声明:

凡本网注明“来源:隧道网”的所有作品,版权均属于隧道网,未经本网授权,不得转载、摘编或以其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,须在授权范围内使用,并注明“来源:隧道网”。违反上述声明者,本网将保留追究其相关法律责任的权利。凡本网来源注明为非隧道网的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,该文章仅代表作者观点,并不代表本网赞同其观点或对其真实性负责,请读者自行核实相关内容,仅作参考。如因作品内容、版权和其它问题请与本网联系。

标签

相关文章

网友评论

发表评论

发表评论 (回复限1000字以内!)

加载更多...


隧道网手机版
隧道网微信公众号
╳ 关闭