项目介绍
HS2项目的总体目标是用高铁线路连接英国境内主要大城市,项目主要分为两个阶段,第一阶段为伦敦到伯明翰的线路,第二阶段为伯明翰到曼彻斯特段伯明翰到利兹的线路。
目前正在施工的第一阶段(伦敦-伯明翰段)线路总长约230km,其中大型隧道总长约总长约90km,共使用12台海瑞克大直径盾构进行施工,其中7台为土压平衡盾构,5台为可变密度隧道盾构。
第一阶段(伦敦-伯明翰段)规划
第一阶段的工程造价为540亿英镑至660亿英镑之间;加上第二阶段后,整个英国HS2项目的造价很可能高达1060亿英镑。
第一阶段预计于2033年通车,建成后平均每天载客量为30万人,届时从伦敦到伯明翰的乘车时间将从目前的82分钟减至45分钟,而伦敦至曼城的乘车时间也将缩短至一个小时。
目前,第一阶段中长16.1km的奇尔特恩隧道段已经完成掘进,长13.5km的诺霍特隧道段目前已掘进完成了93%。
诺霍特隧道西段于2025年4月3日完工
东段预计也将很快完工
盾构接收
在诺霍特隧道段的施工中,项目团队进行了英国首例盾构“钢套筒接收”。工程中的4台盾构成对掘进,分别从西侧和东侧进入绿园路站点,并在绿园路站的两个竖井中完成接收;每个竖井中都会有两台盾构机从相反方向进入。此外,未来这些竖井将作为铁路隧道的通风口,并设有井口室。
其中一个竖井还采用了钟形的结构设计,来避开英国现有铁路网的线路。
竖井横截面
绿园路站整体结构
俯视图
由于地下水位高,含水层水压大,项目团队决定使用钢套筒接收:钢套筒由数个钢环组成,并在地面分段建造,通过拉紧的钢索保持形状,并吊装进入竖井,然后通过预应力螺栓连接,并加入填充物。
钢套筒结构
在此之后,液压千斤顶会将钢套筒固定在预安装于竖井衬砌上的环型结构上,在盾构进入钢套筒后,竖井和隧道之间的环形间隙将被密封。在确认密封完成并降压后,即可打开钢套筒,清除填充物,拆卸盾构。
钢套筒在完成清洁和检查后,将调换方向重新安装,以迎接从另一方向进入竖井的另一台盾构。
整体结构
无螺栓楔形管片
HS2项目在建设中使用了无螺栓楔形管片,该管片最初由CECL Global集团开发,泰晤士Tideway隧道是这种管片的首次工程应用。
HS2奇尔特恩隧道段使用的管片
管片平行于隧道轴线的径向一侧嵌有高密度聚乙烯(HDPE)杆,另一侧则预留了接头凹槽,管片拼装时,一块管片上的高密度聚乙烯(HDPE)杆插入相邻管片的凹槽内,形成连接;同时,管片上还安装了高性能HDPE密封垫,保证其密封性能。
据称无螺栓楔形管片与传统的管片相比,改善了结构性能、密封性与耐久性,同时提高了施工的自动化程度、制造效率、拼装速度与施工安全性。
正在安装环缝接头的机器人
城市环境
HS2项目包含大量的城区施工,这为项目带来了许多独特的挑战,城区中的大直径盾构浅覆土始发就是其中之一。
HS2项目采用了永久性顶板结构来解决这一挑战:在紧邻盾构始发口(下图a部分)的地表浇筑了一块混凝土板,由下面的桩支撑;桩设计为既能抗压又能抗拉,其中抗压能力可满足平台上重型起重机作业的要求,而抗拉能力可满足抵抗盾构的工作面压力或长期浮力上浮所产生的上浮力;在这种设置所形成的围护结构内,还实施了土体改良措施。对于紧邻盾构始发口“下游”区域(下图B部分),也设置永久性结构,防止上浮问题,从而确保隧道的长期稳定性和安全性。
整体结构
大直径盾构的安装和始发往往需要大型竖井,而在城区空间有限的情况下,HS2项目使用了“毛毛虫 ”(又称“花生”“履带”)式竖井,以优化空间,提升结构效率。
HS2西伦敦站
HS2这种规模的项目将产生大量的废土,而使用传统的渣土运输卡车在城区中运输这些废土,会产生大量的噪音,环境污染并影响城市交通。为此,HS2项目团队搭建了一个大型的传送带运输系统。
城区中的渣土传输带
城区中架设的渣土传输带采用了全封闭式结构,并内置一系列隔音,除尘设备,将环境影响降到最低;甚至内部闭路电视监控系统的照明也经过重新设计,防止灯光干扰到周围社区,将出土运输对城市的影响降到了最低。
封闭式结构内部
智能化与可持续性
作为英国最大的交通工程,Hs2在建设过程中大力推广了智能化施工设备:在施工中使用了2台直径10.25m的海瑞克可变密度盾构都装备了来自布依格公司的自动管片拼装系统,第二代的“Atlas”系统,以及用于于安装接头的机器人Dobydo和用于自动移除堆叠的管片之间的木质隔块的机器人Krokodyl。
“Atlas”系统
尽管这些智能化施工设备在公差控制方面表现得非常出色,然而,这些套系统运行速度往往比传统的人工慢得多,所以在奇尔特恩隧道的实际施工过程中,并没有全程使用这些智能化设备。
HS2项目在可持续性方面也做出诸多探索,尤斯顿车站工地更是借鉴了应用于F1赛车的创新技术,启用了一台应用“飞轮储能技术”的塔式起重机,以节省能源。
飞轮储能系统的剖面图
此外,HS2项目还尝试性地使用了多种氢燃料和电动施工设备:在维多利亚路站点,施工团队还使用了一台氢燃料电池发电机,期望更大程度的使用氢来代替柴油。
氢燃料电池发电机
氢燃料旋挖钻机在现场施工