倫敦街道下的龐然大物

倫敦的地下異常擁擠,不僅匯聚了各種隧道、水溝、地基、電線,甚至還有一些令考古學家興奮不已的廢棄遺址­——但對於曾經在那裏工作過的所有人來說,卻會因此感到脊背發涼。

這裏現在還在進行著一個更加引人注目的項目,工程師已經成功為Crossrail(橫貫鐵路)項目的地下部分建設了26英里長的新隧道——這是倫敦的一個標誌性公交項目,也是全世界規模最大的工程方案之一。

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Image caption 地下安靜的隧道與地上繁忙的街道形成鮮明對比(圖片來源:Crossrail)

多年以來,這些龐大的機器一直辛勤地穿梭於倫敦的地下。今天,距離2012年5月動工已經過去3年時間,隧道即將完工。在東倫敦的街道下方,作為該項目最後兩台隧道掘進機(TBM)「維多利亞號」和「伊利莎白號」,正在向它們最終目的地挺進。到達目的地後,整個工程就將全部貫通。倫敦是全球最繁忙的城市之一,為了在它的核心地區修建這個地下工程,施工方總共動用了8台這種機器夜以繼日地挖掘隧道。

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Image caption 隧道掘進機已經在倫敦的地下挖掘了26英里的隧道(圖片來源:Crossrail)

在實現最後突破前,我們造訪了位於倫敦市中心下方40米(130英尺)的伊利莎白號。它位於利物浦街和法靈頓終點的中間,我們在此處親眼目睹了這個龐大地下工廠的運轉情況。

在地面上,很容易感受到隧道掘進機的龐大身軀——它有著巨大的刀盤和笨重的身軀,讓人立刻聯想起科幻電影裏的大型挖掘機。

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Image caption 這台配有巨大刀盤的挖掘機讓人想起了科幻電影中的場景(圖片來源:Crossrail)

巨獸的腹內

但到了地下,你卻會立刻趕到茫然無措,不知道隧道的盡頭在何處,也不知道這些機器要從哪裏開始。在工程與建築巨頭柏克德(Bechtel)現場管理員大衛·謝波德(David Shepherd)的帶領下,我們經過了一段迂迴曲折的道路:爬梯子、上電梯,然後乘坐臨時列車走走停停——它經過的線路雖然與最終的地鐵列車相同,但車廂卻十分狹窄,而且不斷發出各種聲響。最終,當謝波德宣佈我們已經站在這頭巨獸的腹內時,所有人都驚奇萬分。

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Image caption Crossrail項目是全世界最具雄心的工程之一(圖片來源:Crossrail)

這是一台非凡而獨特的設備。作為全世界為數不多的隧道掘進機生產商之一,德國海瑞克(Herrenknecht)專為Crossrail量身打造了這台機器。它耗資約1000萬英鎊(1500萬美元),重量接近1000噸,外徑7.1米(23英尺),長約150米(500英尺)。

伊利莎白號隧道掘進機2012年11月投入使用,這是一台典型的土壓平衡式盾構機,Crossrail的多數隧道都使用了這種機器。這種技術最早於20世紀70年代末由日本率先採用,挖掘過程中需要小心翼翼地壓縮切削下來的土渣,使之達到與周圍土壓和水壓相同的壓力水平,從而在隧道掘進機推進過程中降低隧道坍塌的風險。

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Image caption 每台隧道掘進機的重量最高可達1000噸(圖片來源:Crossrail)

隧道掘進機駕駛員會時刻監測這種壓力平衡。為了實現這種平衡狀態,駕駛員需要仔細調節兩台機器的推進速度,還要通過傳送帶控制土渣從刀盤運輸出來的速度。

在隧道掘進機推進的過程中,每塊重達3000千克的預制混凝土塊也會輸送到前方,用液壓懸臂抓取到合適位置,組成隧道襯砌。每8塊預制混凝土組成一個長1.6米(5.2英尺)的襯砌環,整個隧道網絡需要使用25萬塊預制混凝土塊。

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Image caption 嚴密監視機器的進度,避免其偏離路徑(圖片來源:Crossrail)

每當一個隧道襯砌環組裝完畢,高壓水泥漿就會灌入預制混凝土塊的周圍,將其牢牢固定。而隧道掘進機也會在液壓推進油缸的作用下繼續向前。

整個過程晝夜不停,每個班組15人,每12小時輪班一次,中間可以喝點水或使用設備上配套的衛生間,短暫休息一下。

按照隧道挖掘的指標來看,這台機器的前進速度令人驚訝。作為一位參與過英吉利海峽隧道等眾多工程的行業老兵,謝波德表示,如果沒有任何停頓,每輪班一次,它大約可以挖掘約16米的隧道。如果環境適宜,還有可能大幅加快進度。「我們曾經創造過一項紀錄……在12小時的一次輪班中建起了20多個襯砌環,」他說,「但那只是個例外。」

緩慢移動

然而,按照每小時1米左右的速度計算,你幾乎感覺不到自己在前進。只有刀盤切削土層發出的隆隆噪音和隧道掘進機小輪子的緩緩移動,才能讓你感覺到自己在前進。

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Image caption 在隧道下,每個班組有15人,每12小時輪班一次(圖片來源:Crossrail)

雖然施工過程中盡量減少停工次數,但大約每掘進1千米都必須檢查一下刀盤,看看是否需要更換。

儘管通常都可以在非增壓環境中作業,但由於擔心土層的穩定性,因此隧道開挖面的氣壓有時仍然不能降低。在這樣的情況下,就必須採取高氣壓干預這一極端措施。

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Image caption 每推進1千米都要對刀盤進行檢查,確保刀頭仍然鋒利(圖片來源:Crossrail)

謝波德表示,這種情況只是偶爾發生。在此過程中,機械師需要進入隧道掘進機前部的一個氣閘室。隧道掘進機會被緩慢灌入壓縮空氣,直到氣壓與隧道開挖面的壓力相等,通常在2巴左右:與水下10米(33英尺)左右的潛水員體會到的壓力相同。

經過短暫的適應後,他們便可通過切削麵的一扇小艙門離開隧道掘進機,然後重新回去工作。降壓所需的時間則要長得多,而且與水肺潛水員一樣,具體要取決於機械師在隧道開挖面上的工作時間。

隧道掘進機的路徑都經過非常細緻的預先規劃。施工人員事先對它途徑的地層都進行了周密調查,並繪製了地圖,施工過程中還會借助先進的激光引導系統確保機器按照預定路線前進。與謝波德溝通時可以明顯感受到,他絲毫不擔心隧道可能出現貫通誤差。

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Image caption 隧道內的氣壓環境有時相當於水下10米(33英尺)(圖片來源:Crossrail)

「儘管已經採取了種種防範措施,但還是存在很多未知因素」

但他表示,儘管採取了種種措施,但依然要應對很多未知因素——例如,監測隧道掘進機到達後才發現的土壤密度的細微局部變化。除此之外,駕駛員還必須採取果斷的行動,確保機器與預訂位置的誤差始終不超過50毫米。「你或許會在作業面的一側碰到硬土層,導致機器傾斜。」謝波德解釋說,「或者在底部碰到硬土層,導致機器向上偏離。所以駕駛員必須調整方向。」

要應對這些情況,就需要駕駛員調整推進油缸的壓力,使隧道掘進機保持合適的前進方向。這些油缸圍繞在隧道掘進機的四周,可以獨立調節,以便對機器的掘進方向進行微調。

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Image caption 機器與既定位置的偏差不能超過50毫米(圖片來源:Crossrail)

由於掘進過程中可能造成隧道周圍的地層移動,對周圍的隧道或基礎設施產生不利影響,因此必須將這種移動降到最低。駕駛員在這一過程中扮演了關鍵角色,必須認真沿著既定路線前進,而且要時刻關注機器自身與周圍土層之間的壓力平衡。

但僅靠駕駛員還不足以確保掘進過程不出問題。為了穩定地層,Crossrail的地下工程還廣泛採用了一種名為補償灌漿的方法。這需要專門挖掘灌漿井:一種深10-20米(33-66英尺),直徑5米(16英尺)的洞,工程師可以借此在掘進現場周圍灌入高壓水泥漿。

水泥漿會通過一系列水平的小口徑地下管道注入地層。這些管道從灌漿井底部向外輻射,最長可達80米(264英尺)。

垂直灌漿井的深度不及地鐵隧道,但卻帶來了Crossrail最驚人、最恐怖的考古發現,包括一處靠近法靈頓的 「瘟疫坑」,裏面埋葬了14世紀瘟疫受害者的遺骸。

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Image caption 14世紀瘟疫受害者的遺骸是最恐怖的發現之一(圖片來源:Crossrail)

回到地下,當我們站在伊利莎白號上時,很容易忘記頭頂熙熙攘攘的都市人群。從某種意義上講,我們也被他們遺忘了:過去幾年間,倫敦人已經不再理會這個龐大的項目。

但隧道掘進機上繁忙的工作人員還沒有時間仔細欣賞這個項目:還有一條隧道沒有完工,但他們明顯感覺到終點近在眼前。

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Image caption 隧道很快就將完工——但現在必須建設一條軌道線(圖片來源:Crossrail)

經過了將近3年時間,使用了約25萬塊預制混凝土塊,挖出了足以新建一座小島的土渣後,作為Crossrail隧道組成部分的這條環線即將完工。現在的工作就剩下鋪設鐵軌了。

喬·艾克賽爾是《工程師》(The Engineer)雜誌的編輯

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(責編:友義)