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Plateau Creek

Descripción del proyecto

La tubería de trasvase del Plateau Creek se construyó como reemplazo de la tubería existente de suministro de agua potable a las zonas rurales y urbanas del condado de Mesa en Colorado, EEUU. El nuevo túnel abastece de agua a 70.000 personas, cuadruplicando la capacidad hidráulica de la instalación antigua que ya no era capaz de alcanzar las necesidades de la población de la zona.

El propietario del proyecto, UTE Water Conservancy District, adjudicó el contrato de construcción de los 21 km de conducción a la agrupación Barnard-Affholder, siendo Affholder enteramente responsable de los dos tramos de túnel que se perforaron con TBM. El contratista utilizó una tuneladora abierta Robbins de 3,3 m de diámetro para perforar dos túneles de 1,0 y 3,1 km de longitud respectiva.

Geología

La geología del proyecto consistió en areniscas, esquistos y lutitas con resistencias a la compresión entre 69 y 172 Mpa. La roca perforada precisó de sostenimiento inmediato, utilizándose bulones de roca, malla de acero y hormigón proyectado.

TBM

Robbins reconstruyó la tuneladora abierta propiedad de Affholder especialmente para este proyecto. Esta máquina ha sido una herramienta infatigable para Affholder, que la ha utilizado en nueve proyectos diferentes en los que ha perforado más de 30 km desde su adquisición en 1993.

Entre las modificaciones realizadas a la máquina destacan la instalación de una cabeza de corte nueva, un incremento de potencia del 25%, un Nuevo rodamiento principal de alta capacidad y un incremento de su capacidad de empuje hasta alcanzar los 267 kN por cortador. El empuje total en cabeza puede llegar a los 4893 kN siendo de 455738 kNm el par máximo que puede suministrar.

Excavación del túnel

La perforación comenzó con el túnel de 1 km de longitud en junio de 2000 y terminó aproximadamente un mes más tarde, en agosto de 2000. La tuneladoras se desmontó y se llevó a su Nuevo emplazamiento desde donde arrancó solo dos semanas más tarde para perforar el tramo de 3,1 km.

Dicha excavación comenzó en septiembre de 2000; la máquina estableció una nueva marca mundial de avance para su tamaño el día 14 de dicho mes al perforar 67 m en un único turno de ocho horas. La tuneladora caló este tramo adelantándose a su programación el 16 de marzo de 2001.

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Meråker

Descripción del proyecto

El proyecto de Meråker consiste en un conjunto de centrales eléctricas y túneles para incrementar la producción eléctrica que da servicio tanto a la población de la zona como a una fundición local. Los 44 km de túnel se alimentan del agua de tres lagos y varios ríos y la transportan hasta una planta de generación en Tevla. Desde ahí, el agua viaja a través de tuberías de presión hasta la central hidroeléctrica de Meråker.

Merkraft, una agrupación de Eeg Henriksem Anlegg a/s y a/s Veidekke, escogió utilizar una tuneladora abierta Robbins de 3,5 m de diámetro para perforar el túnel de Meråker, de 10 km de longitud. El resto de túneles se excavó mediante perforación y voladuras.

Geología

La roca que el túnel atravesó estaba compuesta de sedimentos cámbricos y ordovícicos con intrusiones de meta gabro. Se distinguieron seis tipos diferentes de roca a lo largo de la traza del túnel, incluyendo desde filitas relativamente blandas hasta meta gabro muy duro, pasando por frentes mixtos de grauvacas y areniscas.

TBM

Robbins construyó la tuneladora abierta para perforar con éxito la variedad de roca del macizo. La máquina iba equipada con cuatro motores de 335 kW cada uno y de 25 cortadores de 19” de montaje delantero. La potencia en cabeza de corte era de 1340 kW, proporcionando un empuje de 10291 kN.

Esta tuneladora de muy alta potencia se construyó mecánicamente de un modo mucho más robusto que sus predecesoras, garantizando una mucho mayor durabilidad del equipo. La máquina representó una de las primeras de una nueva línea de producción de Robbins de tuneladoras capaces de soportar esfuerzos mucho mayores que los habituales. Estas TBMs representaron el comienzo de una nueva generación de tuneladoras equipadas con rodamientos principales triaxiales y cabezas de corte de diseño especializado en mejorar la eficacia de la perforación a empujes muy altos.

Excavación del túnel

La TBM comenzó a perforar en septiembre de 1991 alcanzando en seguida unos índices de avance impresionantes. En su primer mes complete de trabajo la máquina perforó 1029 m de túnel. Poco después, en la semana del 28 de noviembre al 3 de octubre, la máquina estableció un nuevo récord noruego de perforación al totalizar 395 m de avance. Durante la perforación del túnel se alcanzaron índices de penetración de hasta 10 m/h, siendo la media de los mismos de 6 m/h. El avance medio semanal fue de 253 m, el mejor día de perforación se excavaron 100 m de túnel; en su mejor semana, la máquina perforó 427 m y en su mejor mes, 1358 m. Todos estos resultados tan sobresalientes se obtuvieron con dentro de las restricciones normativas noruegas para trabajos subterráneos.

La máquina finalizó los 10 km de túnel en 1992 con un Adelanto de seis meses con respecto a lo programado. Esta anticipación hizo que el resto del complejo de 44 km de túnel se completase a finales de 1992.

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Tampa Bay

Descripción del proyecto

El túnel de South Central Hillsborough discurre bajo el río Alafia en la bahía de Tampa. El túnel es parte de la etapa B del Plan Maestro de Aguas, un ambicioso programa en tres etapas para reaprovisionar los empobrecidos depósitos de aguas subterráneas de Florida.

La propietaria del proyecto, Tampa Bay Water, adjudicó el contrato nº 2 del túnel de South Central a Kenko Inc. en 2002. El contratista eligió una solución innovadora para abordar las difíciles condiciones geotécnicas del proyecto: una tuneladora Robbins EPB híbrida.

Geología

El túnel atraviesa las extremadamente permeables calizas del acuífero de Florida que se presentan muy fracturadas, teniendo la tuneladora que afrontar presiones hidráulicas en el frente de hasta 2,5 bar. Por encima de la caliza existe una capa muy rígida de arcilla verde  y, por encima de ella, una capa superficial de unos 4 m de espesor de arena fina, suelta y limosa.

EPBM

El contratista del proyecto seleccionó a Robbins como proveedor ya que necesitaba un diseño que englobase características de tuneladoras de roca dura, EPBs y escudos de lodos (“slurry”). La tuneladora Robbins montaba ocho cortadores dobles y cuatro sencillos de 17”, desmontables desde el interior de la máquina. La máquina era capaz de proporcionar un empuje de 5783 kN y un par en la cabeza de 409457 Nm.

La cabeza de corte llevaba dos aberturas, una a cada lado de la máquina, a través de las que se podía perforar para sondeos o inyectar productos ante condiciones de terreno poco competente. Un transportador sinfín de 432 mm de diámetro recogía los escombros en la solera del túnel, que después se transportaban a una mezcladora donde se machacaban los escombros calizos. El sistema completo de excavación era cerrado y de frente presurizado para soportar la presión hidráulica de hasta 3 bar.

El escombro se trasvasaba desde la mezcladora hasta una bomba de lodos instalada en el interior del túnel que lo enviaba a través de una tubería al pozo de arranque desde donde una segunda bomba lo llevaba hasta la superficie. Esto era debido a que las calizas eran tan porosas que no podían formar una matriz competente, siendo el escombro resultante muy difícil de trasvasar a vagones desde el transportador sinfín.

Excavación del túnel

La tuneladora EPB híbrida comenzó a trabajar el 27 de mayo de 2002. En sus primeras etapas funcionó como EPB pura, evacuándose los escombros mediante vagones.

A medida que avanzaba, la tuneladora se vio sometida a cargas hidráulicas cada vez mayores hasta alcanzar los 2,5 bar. En esta situación, según lo previsto, se instaló un sistema de sujeción de la máquina circular, para mantenerla en posición.

E-n esta situación, las altas presiones de agua impedían el manejo del escombro líquido de manera eficaz entre el transportador sinfín y los vagones y los aditivos inyectados al terreno no surtieron el efecto deseado, continuando la entrada de agua al túnel. Entonces fue cuando se transformó el sistema de gestión del escombro comenzándose a utilizar las bombas de lodos.

Tras la modificación, la máquina progresó de manera adecuada y caló el túnel el 22 de agosto de 2002 con una desviación de únicamente 3 mm sobre su objetivo geométrico.

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South Mountain

Descripción del proyecto

El túnel de trasvase de South Mountain, en Arizona, es parte de una tubería de trasvase que suministra 178 millones de litros al día a la ciudad de Phoenix. La tubería da servicio a la zona de las Colinas de Ahwatukee, cuya población se ha incrementado en un 145% durante la última década.

En el año 2000, el Ayuntamiento de Phoenix adjudicó el contrato de construcción del túnel a Affholder Inc. por 11 millones de USD. Affholder eligió utilizar una tuneladora Robbins de doble escudo reacondicionada y adaptada par alas condiciones variables de roca que se preveía atravesar.

Geología

El túnel atraviesa tres tipos de terreno. Los tramos inicial y final del mismo constan de granito y gneis muy compacto y duro. En su parte intermedia, el túnel pasa por dos infiltraciones de suelos aluviales. Los suelos son de grano mixto y presentan calcificación secundaria. Conocidos en la zona como “caliche”, estos suelos pueden comportarse como la roca.

Para enfrentarse a la perforación de los suelos, los diseñadores del túnel dictaron un sostenimiento basado en cerchas y tablones.

TBM

Robbins reacondicionó un doble escudo de 2,4 m de diámetro par alas condiciones geológicas variables que se esperaban. El diseño de la tuneladora incluía su sistema de propulsión doble, un escudo protector, cortadores poco salientes y la posibilidad de contrarrotación de la cabeza de corte.

La máquina montaba cortadores de 17” y disponía de un empuje máximo de 4372 kN, rindiendo un par en cabeza de 194172 Nm para un peso total de la máquina de 60 t.

Excavación del túnel

La TBM comenzó a perforar los 1850 m de túnel en diciembre de 2000 y encontró los primeros depósitos aluviales tres meses más tarde, iniciando su programa de sostenimiento de cerchas y tablones. La máquina llegó a la segunda infiltración de suelos después de atravesar un tramo de 360 m de gneis, perforando sin problemas hasta el final del túnel. El cale tuvo lugar en agosto de 2001 dentro de los plazos previstos.

El personal de túnel trabajó en turnos de nueve horas, alcanzando un avance máximo de 26 m en un turno y siendo el avance medio de perforación de 1,5 m/h.

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Cleveland Sewer

Descripción del proyecto

El proyecto de interceptor de Cleveland Heights representa la mejora del sistema de conducción de aguas residuales situado en los barrios de Heights/Hilltop de la ciudad de Cleveland. Este proyecto se sitúa entre los cientos del mismo tipo demandados por la Agencia de Protección Ambiental de los EEUU a partir de la aprobación de ley de Aguas Limpias (Clean Water Act) que solicita a cada comunidad a mejorar la calidad del agua de los ríos y lagos de los EEUU (Para más información acerca de dicha ley y sus efectos, ver www.epa.gov/r5water/cwa.htm).

Durante el período de lluvias torrenciales de primavera y verano en Cleveland, el caudal de agua sobrepasó la capacidad del sistema de colectores en uso, con el resultado de inundaciones y descargas de agua sin tratar al lago Erie. Se propuso la construcción de conducciones de mayor diámetro para evitar los problemas de inundaciones en sótanos y desbordes de agua residual que acaecieron en la muy densamente poblada área urbana.

Geología

La tuneladora atravesó fundamentalmente terrenos de arenisca Berea, de grano fino a medio y muy fracturada en zonas muy discretas. La abrasividad de la roca resultó de media a alta cn posibilidad de entradas de agua o gases a través de sus juntas y fracturas.

TBM

Robbins diseñó la tuneladora de 2,2 m de diámetro preparada para perforar la roca fracturada y para afrontar los ingresos de agua en el túnel. La cabeza de corte era de velocidad variable y accionamiento hidráulico, equipando un rodamiento principal asimétrico. Se instalaron perforadoras en clave y para sondeos, para sostenimiento y predicción del terreno a excavar. La TBM montaba cortadores de 12” que soportaban un empuje máximo de 4472 kN, siendo el par máximo en cabeza de 194172 Nm. Se diseñó un back-up de 60 t de peso para gestionar la evacuación de escombro en vagones llenados hasta su máxima capacidad.

Excavación del túnel

La tuneladora comenzó a perforar en Julio de 1998 y no encontró dificultades significativas en su trabajo, alcanzando índices de avance diario impresionantes. Entre septiembre y diciembre de 1998 la máquina hizo una media de 42 m/día de perforación, con un mejor día de 55 m de túnel excavados. La tuneladora terminó sus trabajos en diciembre de 1998 habiendo alcanzado una media mensual de avance de 442 m. El personal trabajó 5 días a la semana en dos turnos al día, siendo la media de avance por turno de 21 m de perforación.

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Big Sky

Descripción del proyecto

The Yellowstone Club, una instalación privada de recreo en Big Sky, Montana, dispone de un campo de golf de montaña de 18 hoyos además de muchos kilómetros de pistas de esquí de fondo. La irrigación del campo de golf se realiza a través de una tubería de 97 m de longitud que transporta el agua de un embalse cercano de 79 millones de galones de capacidad.

En 2005, el Club contrató a Tunnel Systems Inc. para la perforación de la tubería. El contratista comenzó la obra utilizando una ABM con cabeza de corte triangular, pero a los 18 m de perforación se empezaron a experimentar problemas al encontrarse terrenos de roca dura. En los dos días siguientes, la máquina fue capaz de perforar únicamente 4,9 m, por lo que Tunnel Systems Inc. decidió alquilar una SBU Robbins de 762 mm de diámetro.

Geología

El tramo de roca dura que nos ocupa constaba tanto de roca maciza como de terrenos mezclados con suelos.

SBU

Tunnel Systems eligió una SBU Robbins para el proyecto ya que se trata de la máquina idónea para enfrentarse a rocas muy duras, en este caso de más de 240 MPa de resistencia a la compresión. La máquina utilizada no estaba equipada de zapatas de estabilización, algo estándar en casi todas las SBU Robbins. La máquina iba equipada con los cortadores de disco patentados por Robbins, estando basada su tecnología en la de las tuneladoras de gran diámetro.

Excavación del túnel

Se soldó la SBU a su tubería guía de acero en obra. El empuje a la SBU se suministraba a través de la propia tubería mientras que la ABM proporcionaba el par necesario para el avance. El escombro se evacuaba a través del transportador sinfín del sistema.

Desde el mismo comienzo de su cometido, la SBU alcanzó registros de avance impresionantes de entre 13 y 15 m/día. La perforación se realizó en roca durante 60 m para pasar a terrenos mixtos con suelos en los 6 m finales de la galería.

La SBU terminó su proyecto en plazo a pesar de varias dificultades, como las muy bajas temperaturas en obra (de -7º C) con vientos de 65 km/h y tormentas de nieve. Una vez pasada la tormenta, la galería se completó al día siguiente tras unas pocas horas de trabajo.

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Chicago's Tunnel and Reservoir Plan (TARP)

Thirty TBMs participate in Chicago’s Epic Tunnel and Reservoir Plan (TARP)

Project Description

Spanning 20 years and using over 30 TBMs, Chicago’s massive Tunnel and Reservoir Plan (TARP) has been possibly the largest clean water project of the twentieth century.  The TARP was created in 1975 to combat increased flooding and drainage problems that plagued Chicago and surrounding areas. After heavy rains, combined sewage overflows (CSOs) would seep into residential basements, nearby streams and rivers, as well as Lake Michigan – Chicago’s main source for drinking water. TARP was originally divided into two phases but now refers solely to Phase I.

Phase I

Phase I was directed towards pollution control and consisted of tunnels, drop shafts, and dewatering stations to eliminate nearly 85 percent of CSO pollution. Four tunnel systems comprise the first phase: Mainstream, Des Plaines, Calumet and O’Hare, which have a combined length of 176.1 km (109.4 mi) and range in diameter from 2.4 m to 10.8 m (8.0 ft to 35.4 ft).  Nearly all of the tunnels were excavated in the area’s dolomitic limestone, and required the use of TBMs up to 10.8 m in diameter—the largest TBMs that had ever been built at the time.

The Mainstream Tunnel System was composed of 65.2 km (40.5 mi) of tunnel, the Des Plaines System with 41.2 km (25.6 mi), the O’Hare System with 10.6 km (6.6 mi), and the Calumet System of 59.1 km (36.7 mi). A later tunnel for the Little Calumet Leg of the Calumet system was excavated using a Robbins TBM in 2002, setting multiple records in the process including 138 m (452 ft) bored in one day. Immediately upon completion, each tunnel system was put into service and the benefits were seen almost instantaneously. After more than 30 years and over 160 km (100 mi) of tunnels, the entire first phase of the TARP system became operational in 2005.

Phase II

Phase II, now called the Chicago Underflow Plan (CUP), consists of three main reservoirs: the Majewski Reservoir, Thornton Reservoir, and McCook Reservoir with a combined capacity of 69.05 billion liters (18.24 billion gallons). The reservoirs are a joint project of the Water Reclamation District and the U.S. Army Corps of Engineers, built to provide flood relief by storing the water collected and transferred from the TARP tunnels until it can be treated at local reclamation plants.

Excavation and Breakthrough

Construction on the Majewski CUP Reservoir was started in 1990 and finished in 1998, with a capacity of 1.29 billion liters (342 million gallons). The Thornton Reservoir was divided into two stages, including a transitional reservoir completed in 2003, and a permanent CUP reservoir completed in 2015. The permanent CUP reservoir has a capacity of 29.9 billion liters (7.9 billion gallons) and provides an estimated $40 million annually to 15 communities. Finally, the McCook Reservoir, also planned as a two-stage build, will provide storage of up to 38 billion liters (10 billion gallons). The first stage was completed in 2017, while the completion date of the second stage is scheduled for 2029. To date, the reservoirs have yielded hundreds of millions of dollars in flood damage reduction benefits.

The TARP program has won numerous awards and honors over the years from the local and federal EPA, as well as the American Society of Civil Engineers award in 1986 for the most outstanding civil engineering project.   The tunnels and reservoirs have resulted in a dramatic improvement to water quality in Lake Michigan, and have eliminated CSO overflows.  Fish and wildlife have returned in recent years to local rivers and to Lake Michigan, and the waterfront property is becoming more attractive to businesses and the general population alike. 

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Pahang Selangor Raw Water Tunnel

Trio of TBMs bore Malaysia’s Largest Infrastructure Project

Project Overview

The Pahang Selangor Raw Water Tunnel, for the Malaysian Ministry of Energy, Green Technology, and Water, conveys raw water from the Semantan River in Pahang to the South Klang Valley area of Selangor state. The three tunnels, totaling 44.6 km (27.7 mi), address projected water shortages due to the area’s rapidly growing population. The tunnel transfers 27.6 cubic meters (7,300 gallons) of water per second to a new treatment plant. The drinking water supplies about 7.2 million people.

The SNUI JV, consisting of Shimizu Corporation, Nishimatsu Construction, UEM Builders Bhd, and IJM Construction, chose three Robbins 5.23 m (17.2 ft) diameter Main Beam TBMs to excavate the three sections of the tunnel. The total supply included back-up systems, continuous conveyors, cutters, spares, and field service personnel.

Ground Support and TBM Design

Tunneling took place in high cover conditions, up to 1,200 m (3,900 ft) below the Titiwangsa mountain range. Geology during the initial stages of advance consisted of hard, abrasive granitic rock up to 200 Mpa (29,000 psi) UCS. The tunnels were supported with ring beams, rock bolts, and shotcrete depending on the conditions. If unstable ground was encountered, invert thrust systems could be utilized to avoid gripping against the tunnel walls.

To successfully excavate the hard rock, each High Performance (HP) TBM was fitted with 19-inch (482 mm) back-loading disc cutters- making them the smallest diameter back-loading cutterheads ever provided. The cutters were carefully monitored for wear using remote monitoring systems. The wireless systems allowed the crew to plan cutter changes and keep track of wear by recording several variables on each cutter, including cutter rotation (which is computed to percentage wear), temperature, and vibration.  Each 19-inch face and gage cutter was equipped with a sensor bolted inside the cutter housing, allowing raw data to be sent to a program display in the operator’s cabin.

Tunnel Excavation

The first machine was launched on November 10, 2010, followed shortly after by the second on December 30, 2010. The third machine began boring in March 2011 and all three machines are currently boring as scheduled. All of the machines were assembled outside their particular adits, then “walked” down a 6-10% grade to an NATM-excavated starter tunnel. Two of the machines were launched with a shortened back-up configuration of 10 decks and a temporary transfer conveyor, while the third for logistical reasons utilized trucks for muck removal in the preliminary boring phase. Once the machines had advanced about 100 m (330 ft), the remaining back-up decks and permanent Robbins continuous conveyor were then installed, due to the adit configurations.

During the initial stages of advance, the machines achieved rates of up to 3.5 m (11.5 ft) per hour, leading the three machines to excavate over 1,400m (4,600 ft), 540 m (1,800 ft) and 330 m (1,100 ft), respectively by April 2011.  As each TBM continued on its 11km (6.8 mi) run, the machinery had to overcome adversity including blocky rock, over-break, power outages and water inflows.

The machines maintained excellent advance rates throughout the project despite many challenges. Due to the hot springs the machines were boring under, water ingress at temperatures up to 56 degrees Celsius was recorded.  Maximum rates of 49 m in one day, 198 m in one week, and 657 m in one month were nonetheless achieved.

Among other methods of ground support used during boring, the near-zero rebound fiber mortar (sprayed shotcrete) is the primary method being used during the Pahang Selangor Project.  This marks the first time this method has been used outside of Japan.  The success of this innovative implementation has been proven through reduced project downtime, dust reduction and good bonding.

Breakthrough

The first of three 5.23 m (17.2 ft) Main Beam Robbins TBMs broke through at the Pahang Selangor Raw Water Tunnel on March 22, 2013 to a large ceremony of cheering onlookers. The breakthrough was attended by dignitaries, contractors and honored guests, with everyone very enthusiastic about the machine’s success.

The two remaining 5.23 m (17.2 ft) machines met in the middle of the tunnel in mid-February 2014. It was a moment worthy of celebration; marking the completion of the longest tunnel in Southeast Asia.

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Pinglu Tunnel

Veteran Double Shield completes one of the World’s Longest Single-Drive Tunnels

Project Overview

The Pinglu Tunnel, part of the Yellow River Water Diversion Project, was undertaken in 2006 by Joint Venture Sino-Austria Hydraulic Engineering Co. Ltd (SAHEC), led by Alpine Bau GmbH. At 24.5 km (15.8 mi), the Pinglu Tunnel marks one of the world’s longest single-drive TBM tunnels ever excavated. The entire scheme will transfer water from the Yellow River to dry regions of Shanxi Province, an area that receives just 400 mm (16 in) of rainfall per year on average.

The completed Pinglu Tunnel will go into operation in October 2011, connecting the North Main Line of the Yellow River Project to transfer water to Pinglu, Shuozhou, and Datong areas. The South Main Line of the Yellow River Water Diversion Project was completed between 1999 and 2001, which encompassed over 100 km (62 mi) of tunnel excavated using five TBMs, four of which were Robbins Double Shield TBMs.

TBM Design

The Robbins Double Shield TBM excavating the Pinglu Tunnel was previously used on the record-breaking 12 km (7 mi) long segment of the Yellow River Diversion in 2000. During that project, the Double Shield set two world records in its size class of 4 to 5 m (13 to 16 ft): best month (1,855 m/6,085 ft) and monthly average (1,352 m/4,435 ft). Both records still stand.

Since the TBM was used on a prior tunnel for this project and designed for similar geology, only the back-up system was modified. Due to the length of the tunnel, the back-up frame was extended from one stroke to two strokes. This key change allowed the machine to maintain good advance rates despite 70 minute transit times for muck trains from the machine to the tunnel entrance.

Tunnel Excavation

The machine began boring at the remote jobsite on September 30, 2006.  Tunneling was a challenging process, as the geology consisted of 12 m (40 ft) thick coal seams and abrasive sandstone that required intensive monitoring of tunnel air for particulates.  Up to 70% quartzite content made the rock very abrasive. This combination of 70% quartzite and 6% corundum made the rock seven times more abrasive than quartzite—equal to the material that grinding wheels are made of.  This required rigorous maintenance of the cutterhead with a daily 4-hour shift, and replacement of the bucket lips.

Muck removal was by trains of rota-dump muck cars in two tracks using California switches.  The back-up system was equipped with floor chain movers to shunt the muck cars as they filled. Ventilation in the long tunnel was generated at a minimum rate of 5.4 m³/sec (190 ft³/sec) by high-powered fans.  The fans, situated at the portal, deliver fresh air to the tunnel face via 1.4 m (4.6 ft) diameter flexible ducting.

Lining for the Pinglu Tunnel, which consisted of unique hexagonal segments, was produced near the jobsite by Alpine. A crew of nearly 400 people worked at the remote site and segment factory to cast the specialized structures. During excavation, the segments were placed longitudinally in a honeycomb configuration in rings of four elements which allowed high-speed, continuous boring with no downtime while erecting segments. Advance rates topped out at 50 ring sets, or about 70 m (230 ft), per day.

On November 13, 2010, Alpine celebrated the Robbins machine break through with a crowd of more than 500 including Austrian and Chinese guests of honor and the entire tunneling crew.

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Chengdu Metro Line 2 Lot 18

Robbins EPB sets Record Rates in Chengdu

Project Overview

Chengdu’s Metro Line 2 includes 26 stations and 17.6 km (10.9 mi) of tunnels between Longquandong and Shiniu areas of the city. Seven lines totaling 274 km (170 mi) are planned to be operational by 2035, and will service 13.1 million daily passengers.

The contractor, CRCC Bureau 23, selected a Robbins EPB with a mixed ground cutterhead for the potentially variable conditions, as well as the back-up system, soft ground cutting tools and spares.  The machine was launched in January 2010 to bore two 1.4 km (0.9 mi) sections of parallel tunnel, with a breakthrough at the midway point into an intermediate station. The tunnel alignment allowed the machine to pass 25 m (82 ft) below residential buildings, and included several curves with a minimum 400 m (1,300 ft) radius.

Geology

The tunnels for Lot 18 of Line 2 are located in highly variable, permeable alluvium, stiff sand, and clay, requiring a unique EPB TBM design and careful monitoring for settlement. This complex alluvial geology is unlike that found anywhere else in China. Cobbles averaging from 20 to 80 mm (0.8 to 3.1 in) in diameter were predicted, with diameters of as much as 120 mm (4.7 in) possible.

Machine Design

The mixed ground, spoke type cutterhead was mounted with Tungsten carbide knife-edge bits and seven 17-inch (432 mm) diameter disc cutters around the gauge. A foam injection system was used to stabilize the running ground, allowing each cubic meter of foam mixture to stabilize about 40 rings of ground. Subsidence was intensively monitored and crews were trained to utilize probe drilling and ground consolidation if settlement was detected. Variable frequency (VFD) drives allowed the cutterhead rotation to be kept low (around 1.5 RPM at maximum) to also minimize surface settlement. High advance rates were instead achieved using increased cutterhead torque, which results in a faster rate of penetration. One-liquid type back-filling grout was used to fill the gap between segment lining which consisted of 300 mm (12 in) thick reinforced concrete segments set in a 5+1 arrangement.

Tunnel Excavation

In June 2010, the machine had broken through into the intermediate station, approximately 1,397 m (4,583 ft) into the 2.7 km (1.6 mi) long tunnel. Following scheduled maintenance, the machine was relaunched to bore the remaining section of the tunnel. Cutter wear was very minimal, with only three cutters changed since the start of boring.

By the time of tunnel completion in December 2010, the machine had achieved a project landmark of 129 m (423 ft) in one week, and 459.5 m (1,507 ft) in one month – higher rates than at least 4 other machines working on Line 2 in similar geology.

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