價(jia) 值73億(yi) 美元的東(dong) 部通道工程（ESA）是美國最大的在建基礎設施工程，並作為(wei) 紐約市交通運輸管理局（MTA）基建擴展計劃的一部分。
該工程是紐約100多年以來首條通勤鐵路擴建工程，並將給長島鐵路（LIRR）至曼哈頓東(dong) 部提供一條直達線路。紐約現有2個(ge) 通勤鐵路車站：其一是位於(yu) 曼哈頓西部的賓州車站（Penn），服務於(yu) 長島鐵路、美國鐵路公司和新澤西捷運；第二個(ge) 是服務於(yu) 城市北鐵路（MNR）的紐約中央車站（GCT）。通勤族從(cong) 長島出發去曼哈頓東(dong) 部工作，必須在賓州車站換乘地鐵到達東(dong) 部。工程包括長5.6km路線和8條位於(yu) 既有紐約中央車站底下的站台軌線的施工，預計ESA將滿足每日160000次通勤出行，從(cong) 而緩解了賓州車站和地鐵線的壓力。
市內(nei) 施工會(hui) 不可避免受到眾(zhong) 多減少環境幹擾的限製條件。ESA工程高度關(guan) 注其鄰近構築物，如華爾道夫酒店、卡內(nei) 基音樂(le) 廳和紐約中央車站，從(cong) 而提高了ESA對環境影響的靈敏度。由於(yu) 大多工程都是在地下進行，路麵看不到施工，需要延長補給線。
其他工程影響因素，包括利用了該工程先前已建的第63街隧道、有效固定的工程走線、建造項目缺乏可利用地麵空間以致南端工作井不能建成。主要因素之一是約95%的施工正在開展中，或者在鄰近運營的鐵路施工，或者在位於(yu) 其底下施工，然而施工不能影響運營。最頭痛的是項目的昆士區部分工程被建造在美國最繁忙的交聯換乘區，其每天要調度800多次列車。
項目施工分階段在幾年內(nei) 完成，分為(wei) 35個(ge) 獨立施工合同包，包括價(jia) 值12億(yi) 美元的曼哈頓隧道合同包到價(jia) 值200萬(wan) 美元的昆士區儀(yi) 具安裝合同。
項目標誌就是位於(yu) 紐約中央車站47000㎡的新終點站。1910年建成的既有終點站因其絕妙的建築，成為(wei) 世界上最知名的車站之一，也是紐約最吸引旅客前往的地點之一，每日乘客量達250000人次。為(wei) 尋求建造新終點站的空間，恰在既有紐約中央車站列車棚底下挖掘大洞穴以容納8條新建長島鐵路站台軌線。站台位於(yu) 以前稱為(wei) Madison Yard的地方，也就是在位於(yu) 紐約中央車站西部的午間堆場找到了空間來建造站廳，以便容納乘客和其他設施。該項目已花費大量精力來確保該洞穴車站是獨一無二的建築，並隨著時間的推移，它將取得標誌性地位。
TBM施工
位於(yu) 曼哈頓底下長11.5km區間隧道大部分正采用TBM施工，確保地上居民房屋受幹擾最少，同時允許全天侯挖掘操作。
圖1 位於(yu) 曼哈頓和昆士區可連接既有長島鐵路隧道（LIRR）的新隧道
將第63街底下1960年代建造的隧道規劃在工程走線內(nei) ，並通過有限鑽爆施工法擴大隧道後使其成為(wei) TBM始發洞。第63街和第2大道連接至隧道走線是為(wei) 了滿足未來所必須的鐵路運營。朝著西南方向，2條隧道到達了GCT5位置，即區間隧道分成上層和下層推進的垂直分離點。從(cong) 該點出發，派克大街的4條隧道朝著南方推進，並就在推進入車站洞穴前，將交叉洞穴設置在上層的GCT3位置和下層的GCT4位置。
一旦穿越了折返線，區間隧道分成兩(liang) 叉，與(yu) 此同時，4條隧道在其各層位通過折返線，然後8條隧道再與(yu) 通往37號街待建的4條牽出線連接。
總共有8台獨立的TBM用於(yu) 推進隧道，長度範圍500m～2400m，方向皆由北向南。鑒於(yu) 隧道在強度範圍68～275MPa的曼哈頓片岩中施工，承包商選定2台硬岩TBM：一台是羅賓斯主梁TBM，以前在澳大利亞(ya) 帕拉瑪塔銜接工程施工中工作，另一台是賽利公司提供的雙護盾TBM。岩石的最初支護計劃采用組合岩錨、鋼絲(si) 網板和全圓鋼拱架。實際操作中，僅(jin) 有少於(yu) 5%的隧道需要全圓鋼拱架，該拱架是用於(yu) 隧道中小於(yu) 2.5m柱子之間的區域來增強柱子承載撐靴作用力。TBM施工每周5d，每日3班8h工作製輪班，平均日生產(chan) 率達13m。
工程重大挑戰是TBM再次始發，因為(wei) 在南端沒有工作井，意味著TBM必須在已完成的隧道內(nei) 調頭。從(cong) 刀盤旁拆除管片，從(cong) 而空出足夠大的淨空讓TBM調頭。對於(yu) 賽利公司的護盾式TBM，還需要額外拆除挖掘中安裝的鋼拱架來讓出淨空。該步驟需要一個(ge) 分階段再支護措施，在拆除拱架前，采用MAI SDA岩錨鑽入良好岩石層，並應用鋼絲(si) 網板和噴漿混凝土。采用度身定製的門架確保工人在支護地層下的安全。TBM在後掛設備分期安裝和每次隧道推進之間必須仔細規劃，預留連接措施，因為(wei) TBM前方通道很可能被堵塞。有時，隻有一條隧道可供正在施工的TBM清除渣土、材料輸送和再始發工作。另外，還須為(wei) 許多將來區間隧道分叉地點和挖掘洞穴的位置創建必要的空間。這些洞穴位置或Y形岔口成為(wei) TBM再始發的位置。
圖2 “Y形岔口”聯接點顯示栓接的隧道頂部其中之一和一台TBM的後掛設備
有2個(ge) 方法可為(wei) Y形岔口洞穴的TBM再始發創建空間。Y形岔口最初設計提供了充分空間來進行再利用，那時僅(jin) 需要短程隧道給撐靴墊留出餘(yu) 地。首台再始發的TBM是位於(yu) GCT3東(dong) 部Y形岔口洞穴。一旦TBM掘進穿越洞穴位置，組合利用爆破法與(yu) Sandvik公司MT729鑿岩機，來挖掘洞穴至完工尺寸。隨後承包商、設計師和紐約市交通運輸管理局為(wei) 3台TBM再始發位置和穿越下層交叉處的問題擬定了一個(ge) 修正方法。該法包括將TBM朝著再始發位置上遊的一端調頭，在TBM前方安裝混凝土堵栓，並駕駛TBM穿越該混凝土堵栓。這樣逐漸使得刀盤沿著新走線穿過岩石層，而堵栓充當撐靴的臨(lin) 時接觸表麵。除了大量減少Y形岔口洞穴所需的挖掘量，堵栓的使用將TBM始發持續時間從(cong) 4個(ge) 月減少到6周。一旦證明該法有效，永久構築物的再設計充分利用了減少斷麵挖掘量，預計每個(ge) Y形岔口和交叉口免去了大約15000m3的挖掘量。考慮到Y形岔口和交叉口位於(yu) GCT主車站咽喉聯鎖處底下13m，證明在這些位置通過排除爆破法來創建Y形岔口洞穴是有益的。
需關(guan) 注的一個(ge) 主要界麵是GCT底下的鑽爆作業(ye) 。由於(yu) 列車棚和站廳的使用年限，並且其鄰近開挖位置，加上城市北鐵路（MNR）的運營要求，爆破和爆破產(chan) 生的振動要受到嚴(yan) 格控製。事實上，城市北鐵路（MNR）在爆破操作期間在影響區域內(nei) 暫停其列車運營。
正在建造可容納8條站台軌線的2個(ge) 長370m、寬20m、高20m車站洞穴，在某些位置，洞穴拱頂和其上GCT城市北鐵路運行軌線之間隻有13m的岩石層。采用爆破法和鑿岩機組合挖掘法從(cong) 而使先前已推進的隧道周圍擴大其挖掘。這些都是運用GRP玻璃纖維聚合物燕尾榫或者Swellex岩錨來支護的。最初，鑿岩機是用於(yu) 挖掘擴建推進隧道的兩(liang) 邊巷道，從(cong) 而向上擴大TBM推進的隧道，創建永久拱頂襯砌所處的洞穴拱頂和拱石段的邊側(ce) 部位。此後，爆破法取決(jue) 於(yu) 岩石質量和允許使用的振動評價(jia) 指標（對鄰近的曆史構築物為(wei) 12mm/s，對靠近高壓蒸汽管線的為(wei) 25mm/s，對別的地方高達75mm/s），拆除在3～5m放炮區內(nei) 剩餘(yu) 柱子和台階。岩石支護采用張緊的5m長岩錨，必要時，也可應用電焊鋼絲(si) 網板和噴射混凝土。挖掘後應用濕拌噴漿混凝土，接著將防水聚氯乙烯塗裝在噴射混凝土上，準備洞穴拱頂澆築混凝土。為(wei) 了減少模架高度，拱頂有別於(yu) 洞穴牆麵而單獨設計，一旦上導洞挖掘完成，拱頂也完工了。同時盡快進行永久襯砌，以避免發生任何可能的撓度導致其上方GCT產(chan) 生位移。一旦澆築混凝土拱完成，將挖掘上下層區間隧道之間的台階來擴大最終洞穴。
圖3 東(dong) 部通道工程的隧道推進和坑室段
通風裝置
在曼哈頓的其他工程包括在第37街、第44街、第50街和第55街建造4個(ge) 通風裝置，這4處是東(dong) 部通道工程在曼哈頓唯一被公眾(zhong) 可看得見的位置。
在第37街建造的位於(yu) 隧道內(nei) 部的風扇，是地表唯一可見的覆蓋洞室人行道裏麵的花格板。這通過用天井鑽進建造的3.7m工作井與(yu) 風扇裝置連通。第44街的放空井和一個(ge) 四層的通風裝置正建造在紐約市交通運輸管理局總部大樓、耶魯俱樂(le) 部和GCT的圍牆中間30m ×10m封閉夾縫內(nei) 。由於(yu) 不允許在該位置進行爆破操作，所以承包商在開始用衝(chong) 擊錘破岩前，選擇鑽孔超過40000萬(wan) 個(ge) ，直徑為(wei) 100mm，力圖盡量減少對鄰近構築物的震動和噪音。
中標的2個(ge) 獨立合同，是將既有第63街隧道連接至Harold咽喉處的主幹線。項目中昆士區的地質情況完全不同於(yu) 曼哈頓，主要是覆蓋在曼哈頓片岩上的夾雜著漂石的冰磧石和人工回填物。建造4條區間隧道，3條是收費的，1條是為(wei) 了調度列車去未來白天停泊場、工程采用的是2台直徑7m的海瑞克雙用TBM和預製管片襯砌。這個(ge) 特別的組合僅(jin) 被用於(yu) 美國第五個(ge) 項目，也是隧道挖掘工人首次使用該法建造隧道。之所以選擇泥水盾構是因為(wei) 它們(men) 比起土壓平衡盾構可更好控製地層位移，這對於(yu) 連接紐約至長島和波士頓額定為(wei) 96km/h主線下10m處穿越時至關(guan) 重要的。
承包商在未來的緊急出口井位置裏麵創建“安全區”，允許大氣流入從(cong) 而減少壓縮空氣進入大刀盤。最初計劃是采用噴射注漿和咬合樁組合法來建造安全區，但是由於(yu) 拆去了一條工作井，將采用地層凍結法來創造一塊穩固的地層讓TBM掘進。為(wei) 了確保TBM未被凍住，在其表皮加上額外端口，可以泵入潤滑脂，從(cong) 而在地層和TBM之間建立一個(ge) 非凍結但防水的接觸麵。
TBM將從(cong) 截水牆的工作井構築物始發，該構築物一部分由前一個(ge) 合同建造。為(wei) 了準備工作井，必需密封連續牆牆幅和岩石間的縫隙。
通過沿著牆麵外側(ce) 安裝高5m的旋噴柱，從(cong) 牆上鑽孔入岩石1.5m，然後注漿。基於(yu) 施工記錄，決(jue) 定牆麵某些部分接納單行、雙行、或者無旋噴柱。一旦該工程完工，約9500萬(wan) 升的水抽離構築物。
通過安裝橫撐和拉杆來完成挖掘和支護。另一個(ge) 創新之處是在連續牆構築物以內(nei) 澆築始發洞體(ti) 而不是在始發洞牆體(ti) 之外和其上，而於(yu) 鐵路調度場之下進行地基加固。
始發洞體(ti) 是能安裝泥水盾構，可在挖掘穿越端牆之前向大刀盤加壓，從(cong) 而確保牆麵後方的地層沉降受到限製。
軟土地層
工程中曼哈頓和昆士區的連接距離較短（37m），但該隧道段技術含量很高。若在軟土地層中建造一條寬20m的2軌線隧道段，采用順序挖掘法施工和噴漿混凝土襯砌（紐約地區首次）還是不夠的，還要在5軌線暗埋地鐵車站箱體(ti) 結構下，一條主要公路（北方大道）底下和一條高架地鐵線路下來運用這個(ge) 方法。雖然這種方法增加了一個(ge) 真實存在的風險複雜因素，但其風險因素又很難量化。
該段隧道的挖掘始於(yu) 既有連續牆構築物西端所謂的“早期交通洞室”。為(wei) 了能挖掘到構築物的底部，需要進行圍護和放置間距約4m現場澆築板。另外，在硐室內(nei) 鑽孔150個(ge) 旋噴柱，作為(wei) 現場澆築板澆注前的臨(lin) 時圍護。
上覆構築物的控製對於(yu) 該工程成功與(yu) 否至關(guan) 重要，再進行廣泛地層加固，能賦予抬起和降低上臥構築物的能力。鑽入了注漿孔，再通過無凝固注漿填補空穴，接著安裝了U型管壓漿係統，鑽出補充灌漿孔進行補充注漿。
當硐室挖掘的時候，為(wei) 了能夠順利完成整條隧道，在挖掘場地鑽了45個(ge) 凍結管孔，來建造一條堵地下水凍結的截水牆，同時安裝加熱管和溫度探頭。一個(ge) 單獨卻同樣關(guan) 鍵的工作是安裝樁和橫梁，從(cong) 而讓既有支撐高架構築物群樁的荷載能夠暫時轉移。
暗挖操作期間，暗挖過的既有樁要截斷，並且最後連接至澆築在最終襯砌的鋼肋，從(cong) 而讓最終隧道襯砌成為(wei) 既有構築物基礎的部分。在上覆和周圍構築物上進行一項廣泛地層加固和地麵儀(yi) 表設備項目的安裝，以提供隆起或沉降的實時測量數據。
湯普森總結道，“100多年前，賓州鐵路、哈德遜河與(yu) 東(dong) 河隧道攻克了哥譚鎮*。”
今日，東(dong) 部通道工程隊伍走在那些鐵路時代巨人的肩膀上，因為(wei) 他們(men) 將要再次攻克哥譚鎮。
*哥譚鎮Gothamtown（對紐約的戲謔稱呼，美國作家華盛頓·歐文在1807年的小說內(nei) 起名的）。
譯自《國際隧道與(yu) 隧道工程》2012年2月到3月北美版