伦敦街道下的庞然大物

伦敦的地下异常拥挤,不仅汇聚了各种隧道、水沟、地基、电线,甚至还有一些令考古学家兴奋不已的废弃遗址­——但对于曾经在那里工作过的所有人来说,却会因此感到脊背发凉。

这里现在还在进行着一个更加引人注目的项目,工程师已经成功为Crossrail(横贯铁路)项目的地下部分建设了26英里长的新隧道——这是伦敦的一个标志性公交项目,也是全世界规模最大的工程方案之一。

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Image caption 地下安静的隧道与地上繁忙的街道形成鲜明对比(图片来源:Crossrail)

多年以来,这些庞大的机器一直辛勤地穿梭于伦敦的地下。今天,距离2012年5月动工已经过去3年时间,隧道即将完工。在东伦敦的街道下方,作为该项目最后两台隧道掘进机(TBM)“维多利亚号”和“伊利莎白号”,正在向它们最终目的地挺进。到达目的地后,整个工程就将全部贯通。伦敦是全球最繁忙的城市之一,为了在它的核心地区修建这个地下工程,施工方总共动用了8台这种机器夜以继日地挖掘隧道。

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Image caption 隧道掘进机已经在伦敦的地下挖掘了26英里的隧道(图片来源:Crossrail)

在实现最后突破前,我们造访了位于伦敦市中心下方40米(130英尺)的伊利莎白号。它位于利物浦街和法灵顿终点的中间,我们在此处亲眼目睹了这个庞大地下工厂的运转情况。

在地面上,很容易感受到隧道掘进机的庞大身躯——它有着巨大的刀盘和笨重的身躯,让人立刻联想起科幻电影里的大型挖掘机。

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Image caption 这台配有巨大刀盘的挖掘机让人想起了科幻电影中的场景(图片来源:Crossrail)

巨兽的腹内

但到了地下,你却会立刻赶到茫然无措,不知道隧道的尽头在何处,也不知道这些机器要从哪里开始。在工程与建筑巨头柏克德(Bechtel)现场管理员大卫·谢波德(David Shepherd)的带领下,我们经过了一段迂回曲折的道路:爬梯子、上电梯,然后乘坐临时列车走走停停——它经过的线路虽然与最终的地铁列车相同,但车厢却十分狭窄,而且不断发出各种声响。最终,当谢波德宣布我们已经站在这头巨兽的腹内时,所有人都惊奇万分。

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Image caption Crossrail项目是全世界最具雄心的工程之一(图片来源:Crossrail)

这是一台非凡而独特的设备。作为全世界为数不多的隧道掘进机生产商之一,德国海瑞克(Herrenknecht)专为Crossrail量身打造了这台机器。它耗资约1000万英镑(1500万美元),重量接近1000吨,外径7.1米(23英尺),长约150米(500英尺)。

伊利莎白号隧道掘进机2012年11月投入使用,这是一台典型的土压平衡式盾构机,Crossrail的多数隧道都使用了这种机器。这种技术最早于20世纪70年代末由日本率先采用,挖掘过程中需要小心翼翼地压缩切削下来的土渣,使之达到与周围土压和水压相同的压力水平,从而在隧道掘进机推进过程中降低隧道坍塌的风险。

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Image caption 每台隧道掘进机的重量最高可达1000吨(图片来源:Crossrail)

隧道掘进机驾驶员会时刻监测这种压力平衡。为了实现这种平衡状态,驾驶员需要仔细调节两台机器的推进速度,还要通过传送带控制土渣从刀盘运输出来的速度。

在隧道掘进机推进的过程中,每块重达3000千克的预制混凝土块也会输送到前方,用液压悬臂抓取到合适位置,组成隧道衬砌。每8块预制混凝土组成一个长1.6米(5.2英尺)的衬砌环,整个隧道网络需要使用25万块预制混凝土块。

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Image caption 严密监视机器的进度,避免其偏离路径(图片来源:Crossrail)

每当一个隧道衬砌环组装完毕,高压水泥浆就会灌入预制混凝土块的周围,将其牢牢固定。而隧道掘进机也会在液压推进油缸的作用下继续向前。

整个过程昼夜不停,每个班组15人,每12小时轮班一次,中间可以喝点水或使用设备上配套的卫生间,短暂休息一下。

按照隧道挖掘的指标来看,这台机器的前进速度令人惊讶。作为一位参与过英吉利海峡隧道等众多工程的行业老兵,谢波德表示,如果没有任何停顿,每轮班一次,它大约可以挖掘约16米的隧道。如果环境适宜,还有可能大幅加快进度。“我们曾经创造过一项纪录……在12小时的一次轮班中建起了20多个衬砌环,”他说,“但那只是个例外。”

缓慢移动

然而,按照每小时1米左右的速度计算,你几乎感觉不到自己在前进。只有刀盘切削土层发出的隆隆噪音和隧道掘进机小轮子的缓缓移动,才能让你感觉到自己在前进。

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Image caption 在隧道下,每个班组有15人,每12小时轮班一次(图片来源:Crossrail)

虽然施工过程中尽量减少停工次数,但大约每掘进1千米都必须检查一下刀盘,看看是否需要更换。

尽管通常都可以在非增压环境中作业,但由于担心土层的稳定性,因此隧道开挖面的气压有时仍然不能降低。在这样的情况下,就必须采取高气压干预这一极端措施。

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Image caption 每推进1千米都要对刀盘进行检查,确保刀头仍然锋利(图片来源:Crossrail)

谢波德表示,这种情况只是偶尔发生。在此过程中,机械师需要进入隧道掘进机前部的一个气闸室。隧道掘进机会被缓慢灌入压缩空气,直到气压与隧道开挖面的压力相等,通常在2巴左右:与水下10米(33英尺)左右的潜水员体会到的压力相同。

经过短暂的适应后,他们便可通过切削面的一扇小舱门离开隧道掘进机,然后重新回去工作。降压所需的时间则要长得多,而且与水肺潜水员一样,具体要取决于机械师在隧道开挖面上的工作时间。

隧道掘进机的路径都经过非常细致的预先规划。施工人员事先对它途径的地层都进行了周密调查,并绘制了地图,施工过程中还会借助先进的激光引导系统确保机器按照预定路线前进。与谢波德沟通时可以明显感受到,他丝毫不担心隧道可能出现贯通误差。

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Image caption 隧道内的气压环境有时相当于水下10米(33英尺)(图片来源:Crossrail)

“尽管已经采取了种种防范措施,但还是存在很多未知因素”

但他表示,尽管采取了种种措施,但依然要应对很多未知因素——例如,监测隧道掘进机到达后才发现的土壤密度的细微局部变化。除此之外,驾驶员还必须采取果断的行动,确保机器与预订位置的误差始终不超过50毫米。“你或许会在作业面的一侧碰到硬土层,导致机器倾斜。”谢波德解释说,“或者在底部碰到硬土层,导致机器向上偏离。所以驾驶员必须调整方向。”

要应对这些情况,就需要驾驶员调整推进油缸的压力,使隧道掘进机保持合适的前进方向。这些油缸围绕在隧道掘进机的四周,可以独立调节,以便对机器的掘进方向进行微调。

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Image caption 机器与既定位置的偏差不能超过50毫米(图片来源:Crossrail)

由于掘进过程中可能造成隧道周围的地层移动,对周围的隧道或基础设施产生不利影响,因此必须将这种移动降到最低。驾驶员在这一过程中扮演了关键角色,必须认真沿着既定路线前进,而且要时刻关注机器自身与周围土层之间的压力平衡。

但仅靠驾驶员还不足以确保掘进过程不出问题。为了稳定地层,Crossrail的地下工程还广泛采用了一种名为补偿灌浆的方法。这需要专门挖掘灌浆井:一种深10-20米(33-66英尺),直径5米(16英尺)的洞,工程师可以借此在掘进现场周围灌入高压水泥浆。

水泥浆会通过一系列水平的小口径地下管道注入地层。这些管道从灌浆井底部向外辐射,最长可达80米(264英尺)。

垂直灌浆井的深度不及地铁隧道,但却带来了Crossrail最惊人、最恐怖的考古发现,包括一处靠近法灵顿的 “瘟疫坑”,里面埋葬了14世纪瘟疫受害者的遗骸。

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Image caption 14世纪瘟疫受害者的遗骸是最恐怖的发现之一(图片来源:Crossrail)

回到地下,当我们站在伊利莎白号上时,很容易忘记头顶熙熙攘攘的都市人群。从某种意义上讲,我们也被他们遗忘了:过去几年间,伦敦人已经不再理会这个庞大的项目。

但隧道掘进机上繁忙的工作人员还没有时间仔细欣赏这个项目:还有一条隧道没有完工,但他们明显感觉到终点近在眼前。

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Image caption 隧道很快就将完工——但现在必须建设一条轨道线(图片来源:Crossrail)

经过了将近3年时间,使用了约25万块预制混凝土块,挖出了足以新建一座小岛的土渣后,作为Crossrail隧道组成部分的这条环线即将完工。现在的工作就剩下铺设铁轨了。

乔·艾克赛尔是《工程师》(The Engineer)杂志的编辑

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(责编:友义)