18新利最新登入隧道是如何工作的

隧道有三大类:采矿、公共工程和运输。让我们简要查看每种类型。

我的隧道矿石开采期间使用,使劳动者或设备访问矿物和金属沉积物深处吗地球。这些隧道使用相似的技术,其他类型的隧道,但他们花费更少。矿井隧道不一样安全隧道设计为永久性的职业,然而。18新利最新登入

照片由国家公司收集/照片国会图书馆打印和照片 一名矿工站在我后面的一辆车隧道在1900年代早期。注意到的隧道与木材支撑。

公共工程隧道携带水、污水或天然气管道在很远的地方。最早的隧道被用来运输水和污水远离人口稠密的地区。罗马工程师使用了一个广泛的隧道网络帮助把水从山温泉城市和村庄。这些隧道渡槽系统的一部分,也由地下洞室和倾斜的bridge-like结构由一系列拱门。到公元97年,九渡槽进行一天大约8500万加仑的水从山温泉城的罗马。

照片由埃里克和伊迪丝Matson收集/照片国会图书馆打印和照片 一个罗马渡槽从所罗门的池 耶路撒冷

之前有火车和汽车,有交通隧道如运河——人工水道用于旅游、航运或灌溉。就像今天的铁路和公路、运河通常跑地面,但许多要求隧道有效地通过一个障碍,比如一座山。运河建筑启发一些世界上最早的隧道。

地下管道,位于兰开夏郡和曼彻斯特,英格兰,是由1700年代中期到后期和包括房子地下运河英里的隧道。美国第一个隧道之一是大个儿的隧道,在西弗吉尼亚州1836年和1850年之间建造的切萨皮克和俄亥俄州运河。虽然运河不再贯穿爪爪,在3118英尺长,它仍然是最长的运河隧道之一在美国。

照片礼貌Kmf164/创建共享归因共享许可 穿过荷兰隧道从曼哈顿到新泽西

到了20世纪,火车和汽车已经取代了运河作为主要的运输方式,导致更大的建设,更长的隧道。荷兰隧道,建成于1927年,是第一个公路隧道和仍然是世界上最伟大的工程之一。命名的工程师负责施工、隧道招待近100000辆汽车每天在纽约和新泽西之间。

隧道建设需要大量的规划。在下一节中我们将探讨为什么。

几乎每一个隧道是一个解决一个特定的挑战或问题。在许多情况下,这个挑战是一个障碍,道路或铁路必须绕过。他们可能是水体、山脉或其他运输路线。即使是城市开放空间可用于新建筑,可以是一个障碍,工程师必须避免下隧道。

照片礼貌日本铁路公共公司 Seikan隧道的建设涉及24难以克服的挑战下软岩大海。

在荷兰隧道,挑战是一种过时的轮渡系统紧张每天运输超过20000辆汽车在哈德逊河。纽约市官员,解决方案是明确的:建立一个汽车隧道下河,让乘客自己开车从新泽西到城市。隧道产生直接影响。仅在开幕,51694辆,平均旅行时间仅8分钟。

有时候,比其他结构隧道提供了一个安全的解决方案。Seikan隧道在日本建成,因为渡轮穿越津轻海峡海峡经常遇到危险水域和天气条件。1954年台风五渡船沉没后,日本政府考虑各种解决方案。他们决定,任何桥梁安全足以承受严重的条件难以建立。最后,他们提出了一个铁路隧道运行几乎低于海平面800英尺。十年后,开始建设,1988年,Seikan隧道正式开通。

18新利最新登入如何构建一个隧道在很大程度上依赖于它的材料必须通过。隧道穿越软弱地基,例如,需要非常不同的技术比隧道通过坚硬的岩石或软岩,如页岩、粉笔或砂岩。水下隧道,最具挑战性的环境,需要一个独特的方法,实现地面是不可能或不切实际。

这就是为什么隧道规划是非常重要的一个成功的项目。工程师进行全面地质分析来确定材料的类型,他们将通过和评估隧道不同位置的相对风险。他们考虑许多因素,但一些最重要的包括:

• 土壤和岩石类型
• 软弱的床和区域,包括缺点和剪切区
• 地下水,包括流型和压力
• 特殊危害,如热、天然气和断层线

通常,一个隧道将通过多个类型的材料或遇到多种危害。好的计划允许工程师计划对这些变化从一开始,减少意外延迟的可能性在这个项目。

一旦工程师分析了隧道的材料将通过和已经开发出一种整体开挖计划,可以开始施工。隧道工程师们建立一个隧道开车,推进通道可以是一个长期的、乏味的过程,需要爆破,无聊和挖掘。

在下一节中,我们将看看工人开车通过软地面和硬岩隧道。18新利最新登入

工人一般使用两种基本的技术来提高隧道。在正面的方法,他们挖掘整个隧道的直径在同一时间。这是最适合隧道通过强大的地面或用于构建更小的隧道。第二个技术,如下图所示,是18新利最新登入top-heading-and-bench方法。在这种技术,工人挖一个小隧道称为标题。一旦顶端标题先进一段距离到岩石上,工人立即开始挖掘的地板下面顶端标题;这是一个板凳上。top-heading-and-bench方法的一个优点是,工程师可以使用标题隧道测量岩石的稳定性在推进这个项目。

注意,图表显示了隧道发生两边。18新利最新登入隧道通过山脉或水下通常从两个两端,或脸的通道。在长隧道,垂直轴可能会不时地挖挖掘从以上两点。

现在,让我们更具体地说看如何挖掘隧道在一年的四个主要环境:柔软的地面,坚18新利最新登入硬的岩石,软岩和水下。

松软的地面(地球)
工人挖软土层隧道通过粘土、粉土、砂、砂砾或泥浆。在这种类型的隧道,站立的时间——地18新利最新登入上多久会安全地站在自己角度挖掘——是至关重要的。因为站立的时间通常是短隧道通过软弱地基,塌方是一个威胁。为了防止这种情况的发生,工程师使用特殊的设备称为盾。盾是一个铁或钢圆筒推入软土。它雕刻一个圆洞,支持地球周围,而工人清除残骸和安装一个永久衬铸铁或预制混凝土制成的。当工人们完成一个部分,千斤顶盾,重复这个过程。

Marc Isambard布鲁内尔,法国工程师,1825年发明了第一台隧道盾构隧道挖掘泰晤士河在伦敦,英国。布鲁内尔的屏障由12连接框架,保护顶部和侧面的沉重的盘子法杖。他将每一帧分成三个工作区,或细胞,挖掘机可以安全地工作。一堵墙短木材,或罩皮董事会,每一个细胞从隧道的脸。挖掘机将移除一个罩皮,开拓三或四英寸厚的粘土和替换。当所有的挖掘机在所有的细胞已经完成这个过程在一个小节中,强大的螺旋千斤顶把盾牌。

1874年,彼得·m·巴洛和詹姆斯·亨利Greathead改进了布鲁内尔的设计通过构造一个圆盾内衬铸铁段。他们第一次使用新设计保护挖掘第二隧道在泰晤士河下行人交通。然后,在1874年,盾牌被用来帮助挖掘伦敦地铁,世界上最早的地铁。Greathead进一步细化盾牌在隧道设计通过增加压缩空气压力。当隧道内空气压力超过水压力外,水就待在外面。很快,工程师在纽约、波士顿、布达佩斯和巴黎收养Greathead盾来构建自己的地铁。

坚硬的岩石
隧道通过坚硬的岩石几乎总是涉及爆破。工人使用脚手架,称为巨型,将炸药快速和安全。大型移动到的隧道,和钻头安装巨型岩石的几个漏洞。孔的深度取决于岩石的类型,但一个典型的洞是大约10英尺深,直径只有几英寸。接下来,工人把炸药进洞,疏散隧道和引爆这些指控。真空处理后产生的有毒气体爆炸期间,工人可以进入并开始实施碎片,被称为神气活现的,使用购物车。然后他们重复这个过程,通过岩石隧道慢慢进步。

放火爆破是一种替代品。在这种技术中,隧道壁加热火,然后用水冷却。的迅速扩张和收缩引起的突然的温度变化导致大块的岩石断裂。泄殖腔最大值,罗马最古老的下水道隧道之一,建于使用这种技术。

固体的站立时间,非常坚硬的岩石可能在世纪测量。在这种环境下,额外支持隧道屋顶和墙壁可能不是必需的。18新利最新登入然而,大多数隧道穿过岩石,其中包含减免或断裂的岩石,因此工程师必须在螺栓的形式添加额外的支持,喷射混凝土或钢环梁。在大多数情况下,他们添加一个永久混凝土衬砌。

我们来看看水下隧道行驶通过软岩和行驶。

照片礼貌市、县的丹佛 显示磁盘刀具TBM镗头18新利最新登入

通过软岩隧道和地下隧道需要不同的方法。岩石爆破在软,公司如页岩或石灰石是很难控制的。相反,工程师使用辆地铁挖掘机,或摩尔,创建隧道。掘进机是巨大的,价值数百万美元的设备与圆板一端。圆板覆盖着圆盘刀具——chisel-shaped切削齿,钢铁磁盘或两者的结合。圆板缓慢旋转,圆盘刀具切成岩石,通过空间切割头到输送系统。神气活现的输送机系统进行机器的后面。液压缸连接到脊椎的TBM推进几英尺。

掘进机不只是孔隧道——他们也提供支持。随着机器挖掘,两个演习在刀具钻到岩石后面。然后工人注入灌浆孔,连接螺栓一切直到永久衬可以安装。这个大规模安装工臂TBM实现提出的隧道衬砌。

照片礼貌能源部 中使用的TBM施工的尤卡山库,美国能源部的终端存储设施

水下
隧道建在河流的底部,海湾和其他水体的使用随挖随填法方法,其中包括沉浸管在海沟,覆盖材料管到位。

建设首先疏浚沟在河床或海底。长,预制管部分,由钢或混凝土和密封水,浮上了网站,沉没在准备的战壕。然后潜水员连接部分和删除海豹。任何多余的水抽出,整个隧道覆盖着回填。

照片由斯蒂芬·道森/Creative Commons归因共享许可 英国的英吉利海峡隧道在肯特切里顿附近福克斯通的

隧道连接英国和法国——被称为英吉利海峡隧道,欧元或英法海峡隧道——运行在英吉利海峡隧道通过32英里的柔软,白垩土。虽然它是世界上最长的隧道,仅用了三年的时间挖掘,由于先进的掘进机。11这些巨大的机器咀嚼通过海底躺下通道。为什么那么多?因为英法海峡隧道实际上包括三个平行管,两个携带火车和一个充当服务隧道。两种掘进机放在隧道挖掘这些管的两端。从本质上讲,这三名英国掘进机跑对三个法国掘进机,看谁会先中间。剩下的五个掘进机工作内陆,创建的隧道部分躺在门户和各自的海岸。

照片由埃里克和伊迪丝Matson收集/照片 国会图书馆打印和照片 在荷兰隧道通风塔

除非短隧道,控制环境是至关重要的,以提供安全的工作条件,确保乘客在隧道的安全运营。最重要的问题之一是通风问题——放大了火车和汽车产生的废气。Clifford荷兰解决通风问题当他设计了隧道,是以他的名字命名的。他的解决方案是添加两个额外的层上方和下方的主要交通隧道。上层清除废气,而下层泵在新鲜空气。四个大型通风塔,两个哈德逊河的两边,房子移动空气进出的球迷。八十四粉丝,每个直径80英尺,完全可以改变空气每90秒。

我们来看看“大挖掘”。

既然我们已经看了一些隧道建设的一般原则,让我们考虑一个正在进行的隧道项目,继续成为头条新闻,其潜力和问题。中央动脉是一个主要的高速公路系统贯穿波士顿市中心的心脏,和项目,它的名字被许多人认为是最复杂的和昂贵的——美国历史上的工程壮举。“大挖掘”实际上是几个不同的项目,包括一个全新的桥梁和隧道。一个关键的隧道,隧道建成于1995年,是泰德·威廉姆斯。它潜水在波士顿港90号州际公路交通从南波士顿洛根机场。另一个关键隧道位于低于要塞点通道,一条狭窄的水域使用很久以前由英国船只收费点。

之前我们看的一些技术用于这些大挖隧道的建设,让我们回顾一下为什么波士顿官员决定承担如此巨大的民用项目放在第一位。最大的问题是城市的噩梦般的流量。一些研究表明,到2010年,波士顿的高峰期可能会持续近16个小时一天,可怕的后果对商业和居民的生活质量。显然,必须做点什么来缓解交通拥堵,使乘客更容易导航。1990年,国会拨款7.55亿美元的大规模公路改善项目,一年后,联邦高速公路管理局批准了这项条约前进。

照片礼貌麻萨诸塞州高速公路管理局 Ted Williams隧道

大挖了1991年Ted Williams隧道的建设。这个水下隧道利用可靠的隧道技术用在许多不同的隧道在世界各地。因为波士顿港是相当深,工程师使用随挖随填法方法。钢管,直径40英尺,长300英尺,后被拖到波士顿工人让他们在巴尔的摩。那里,工人完成每管与支持,附件为空气处理段落、公用事业和一个完整的衬里。其他劳工疏浚沟港楼。然后,他们提出管网站,里面装水和降低到海沟。一旦固定,泵把水和工人连接相邻的管子部分。

Ted Williams隧道于1995年正式开放,为数不多的几个方面的大挖按时完成和在预算提案。到2010年,预计每天携带约98000辆。

90号州际公路几英里,进入另一个携带下面的公路南波士顿的隧道。就在i - 90和i - 93交换,隧道遇到堡点频道,一个400英尺宽的水域提供一些大挖的最大挑战。工程师不能使用相同的铬钢管的方法,他们采用的Ted Williams隧道因为没有足够的空间浮动钢部分桥梁在夏天街下,国会街和北方大道。最终,他们决定放弃铬钢管的概念,与混凝土隧道部分,第一次使用这种技术在美国。

问题是制造混凝土部分,允许工人进入的通道。为了解决这个问题,首先建造一个巨大的干船坞工人在南波士顿的通道。被称为铸造盆地,干船坞测量长1000英尺,宽300英尺,60英尺深,足以建造六个具体的部分,这将使隧道。最长的六个隧道部分长414英尺,宽174英尺宽。都是大约27英尺高。最重的重量超过50000吨。

完成的部分在两端密封防水。当时员工一个淹没了盆地,这样他们可以浮动的部分和位置在海沟底部的疏浚渠道。不幸的是,另一个挑战阻止工程师仅仅降低了混凝土部分到海沟。这个挑战是马萨诸塞州海湾交通管理局的红线地铁隧道,运行在海沟。巨大的混凝土部分的重量会损害老地铁隧道如果没有进行保护。所以工程师决定支撑隧道部分使用110列陷入的基石。列分发隧道的重量和保护红线地铁,每天继续携带1000名乘客。

照片礼貌市、县的丹佛 tunnel-jacking过程

隧道外的其他大型挖掘功能创新,。为一个部分的隧道铁路庭院和下运行桥,工程师决定tunnel-jacking技术通常用于地下管道安装。Tunnel-jacking涉及强迫一个巨大的混凝土盒子通过污垢。盒子的顶部和底部支持土壤在地球在盒子里面删除。一旦它是空的,液压千斤顶把盒子对混凝土墙,直到整个滑5英尺。工人安装垫片管在创建的差距。重复这个过程,工程师能够推进隧道没有令人不安的表面结构。

今天,98%的建设与大挖掘完成,成本超过140亿美元。但波士顿通勤者的回报应该是值得投资的。旧的中央动脉刚刚升高6车道,是为了携带每天75000辆。新的地下高速公路八到十车道,将一天到2010年约245000辆。结果是一个正常的城市高峰持续几个小时在早上和晚上。

看看大挖比较其18新利最新登入他隧道项目,见下表。

隧道	位置	长度	年建成	打开	成本
铁路隧道
Seikan隧道	日本	33.5英里(53.9公里)	24	1988年	70亿美元
英伦海峡海底隧道	England-France	30.6英里(49.2公里)	7	1994年	210亿美元
亚平宁山脉的隧道	意大利	11.5英里(18.5公里)	14	1934年
Hoosac隧道	美国	4.75英里(7.6公里)	22	1873年	2100万美元
机动车流进入隧道
Laerdal隧道	挪威	15.2英里(24.5公里)	5	2000年	1.25亿美元
圣圣哥达公路隧道	瑞士	10.1英里(16.2公里)	11	1980年
隧桥配合物
切萨皮克湾隧桥	美国	17.6英里(28.3公里)	3.5	1964年	2亿美元
Øresund桥梁和隧道	Denmark-Sweden	9.9米 (16公里)	8	2000年	30亿美元

未来的隧道
作为他们的工具改善,工程师继续建立更长和更大的隧道。最近,先进的成像技术可用于扫描地球内部通过计算声波穿过地面。18新利最新登入这个新工具提供了一个精确的隧道的潜在环境的快照,显示岩石和土壤类型,以及地质断层和裂缝等异常现象。18新利最新登入

尽管这种技术承诺改善隧道规划,其他的进步将加快开挖和地面的支持。下一代的隧道掘进设备将能够减少每小时1600吨的淤泥。工程师也尝试其他rock-cutting利用高压的方法水飞机,激光或超声学。和化学工程师正致力于新型混凝土的硬化速度,因为它们使用树脂和其他聚合物代替水泥。

与新技术和技术、隧道,似乎是不可能的甚至10年前突然似乎可行。就是这样一个隧道提出跨大西洋隧道连接纽约和伦敦。3100英里长的隧道将房子磁悬浮列车旅行5000英里每小时。估计旅行时间是近7小时54分钟,比平均短跨大西洋飞行。

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