Project Categories: Double Shield TBM

Проект отвода Желтой реки

О проекте

Проект отвода вод Жёлтой реки – амбициозная сеть тоннелей, по которым вода поступит в постоянно засушливые районы провинции Шаньси. Водоподающая система состоит из многочисленных тоннелей общей длиной свыше 100 км.

В 1997 году совместное предприятие (CMC, Impregilo, Chinese Water Conservancy and Hydropower Engineering Bureau No. 4) выиграло лоты 3 и 4. В 2000 году итальянский подрядчик Cooperativa Muratori Cementisti Ravenna (CMC) выиграл лот 5. Все подрядчики выбрали для бурения в сложных геологических условиях тоннельные буровые машины с двумя оболочками (телескопные ТБМ) Компании Роббинс.

Геология

Лот 2: Геология Лота 2 была представлена известняками и доломитовыми породами, характеризующимися редкими разломами. Широко распространены карстовые явления. Крепость пород на одноосное сжатие в интервале 39 – 137 МПа.

Лот 3: Геология Лота 3 представлена падающими и складчатыми доломитовыми известняками, триасовыми песчаниками и аргиллитами с крепостью пород на одноосное сжатие такой же, как для Лота 2. В наличии множественные крутопадающие разломы с встречающимися карстовыми проявлениями.

Лот 5: Геология Лота 5 представлена известняками, песчаниками и алевролитами. Редкие разломы. Крепость пород на одноосное сжатие в интервале 25 – 206 МПа.

ТБМы

Лот 2: На участке Лота 2 применяли телескопные ТБМ Роббинс. Первая машина была новой и ей прошли два тоннеля (Тоннель Е4 и Тоннель Т5) длиной, соответственно, 6,6 км и 25,5 км. Машина имела режущую головку диаметром 4,92 м с 17-дюймовыми шарошками. ТБМ имела частотно-регулируемый привод (ЧРП) и передавала на режущую головку мощность 1575 кВт. Машина могла создавать усилие главной подачи в 9074 кН и создавать момент вращения режущей головки в 2159424 Нм.

Второй машиной Лота 2 стала обновлённая ТБМ диаметром 4,9 м, которой проходили Тоннель Т6 длиной 14 км. У этой машины были 17-дюймовые шарошки, шесть главных двигателей мощностью 75/210 кВт и общая установленная мощность 3000 кВт.

На обеих машинах были идентичные защитовые комплексы. Каждый из 300-метровых комплексов работал с балластированными породными вагонетками в составе поезда и имел свою калифорнийскую стрелку. В хвостовой части защитового комплекса располагались системы водоснабжения, вентиляционная кассета и кабельные катушки.

Лот 3: Другая телескопная ТБМ применялась для проходки 22-километрового участка Тоннеля Т7 Лота 3. Машина имела режущую головку диаметром 4,8 м с 17-дюймовыми шарошками и могла создавать усилие главной подачи в 9074 кН и момент вращения режущей головки в 2159424 Нм. Машина, построенная компанией NFM бурила другую половину Тоннеля Т7, общая длина которого 40,7 км.

Защитовой комплекс этой ТБМ подобен такому для Лота 2.

Лот 5: Для Лота 5 СМС использовала ТБМ Роббинс диаметром 4,8 м, которая хранилась в Китае с 1994 года. Для этого проекта машина была полностью обновлена Компанией Роббинс. СМС и Роббинс решили укрепить существующую режущую головку для обеспечения надёжности её работы в трещиноватых породах. Машина была также оборудована хвостовой оболочкой с уплотнительными проволочными щётками для защиты от водопритоков. ТБМ имела 17-дюймовые шарошки и могла создавать усилие главной подачи в 7562 кН. Момент вращения режущей головки достигал до 1936568 Нм.

Защитовой комплекс для ТБМ Лота 5 был спроектирован специально для увеличения скорости проходки этой машиной. Роббинс удлинил защитовой комплекс для размещения на нём материалов и порожняка на две заходки. Система обработки обделки была также модернизирована для увеличения скорости её возведения.

Проходка

На участках Лота 2 и Лота 3 проходка началась одновременно в феврале 1999 года. ТБМ на участке Т4 пробурила 6,6 км за восемь месяцев и при этом возникало сравнительно мало проблем. Машина побила мировой рекорд в своём классе размеров, пройдя за месяц 1822 м и за сутки 99,4 м тоннеля. Такая же машина пробурила Тоннель Т5 длиной 25,5 км, начав работу в ноябре 1999 года и закончив её в 2001 году. При этом также возникало немного проблем.

Обновлённая ТБМ начала бурение 14-километрового тоннеля Т6 в декабре 1999 года. Машина встретила длинный участок глины и карстовую полость шириной 6 м, для преодоления которой пришлось заполнить её мелким гравием и армированным бетоном. Несмотря на трудности, ТБМ достигла скорости проходки в 81,0 м тоннеля за сутки, 1375 м за месяц и среднемесячной скорости проходки 550 м.

Бурение 22-километрового участка Тоннеля Т7 Лота 3 началось в феврале 1999 года и закончилось в апреле 2001 года. ТБМ и машина NFM начали бурение навстречу друг другу и встретились посредине. Машина Роббинс столкнулась с 50/50 абразивной смесью известняка с песчаником и несколькими крутопадающими разломами. Тем не менее, удалось достичь среднемесячной проходки более 700 м и лучшего месячного показателя в 1281 м пройденного тоннеля.

Проходка на участке Лота 5 началась в сентябре 2000 года, когда на участках Лотов 2 и 3 она уже закончилась. К 8 декабря обновлённая ТБМ уже достигла лучшего показателя суточной проходки в 36,1 м и пробурила свыше 1000 м тоннеля в первый же месяц работы. Позже машина поставила мировой рекорд месячной проходки в классе своего размера – 1352 м. ТБМ закончила проходку тоннеля длиной 13,5 км в сентябре 2001 года.

---

South Mountain

Project Overview

Arizona’s South Mountain water tunnel is part of a 27.3 km (17 mi) water pipeline that delivers 178 million liters (47 million gallons) of water a day to the city of Phoenix. The pipeline serves the Ahwatukee Foothills area, which has experienced 145% population growth in the last decade.

In 2000, the City of Phoenix awarded the $11 million USD construction contract to Affholder Inc. Affholder chose a refurbished Robbins Double Shield TBM adapted for the variable rock conditions in the tunnel.

Geology

The tunnel passes through three types of rock. The first and last sections of tunnel consist of the hard, coarse-grained rocks granite and gneiss. The middle of the tunnel consists of two infiltrations of alluvial soils. This soil is mixed grain and exhibits secondary calcification. Locally known as caliche, these soils can exhibit behavior similar to rock.

To address the challenge of soil deposits, tunnel design consultants recommended steel ribs with lagging for tunnel support.

TBM

Robbins rebuilt the 2.4 m (7.9 ft) diameter Double Shield TBM for the variable rock conditions in the tunnel. The TBM design included dual propulsion systems, a protective shield, recessed cutters, and the ability to reverse cutterhead direction.

The TBM featured 432 mm (17 in) cutters and a maximum thrust of 4,372 kN (1,006,000 lb). The 60 Metric ton (66 US ton) machine was capable of generating 194,172 N-m (146,000 lb-ft) of torque.

Tunnel Excavation

The TBM began boring the 1.85 km (1.15 mi) long tunnel in December 2000 and encountered its first soil deposits three months later. The soft soil prompted a switch from rock bolts to steel ribs and wood lagging for the tunnel lining. The machine reached the second infiltration of soil after boring through a 360 m (1,181 ft) section of gneiss. The TBM excavated the final sections of the tunnel with no problems and finished on schedule in August 2001.

The crew worked in 9-hour shifts and the maximum rate of advance was 26 m (85.3 ft) in a single shift. The TBM average rate of advance was 1.5 m (4.9 ft) per hour.

---

Cleveland Sewer

Project Overview

The Cleveland Heights Interceptor Project is a sewer system improvement project located in the Heights/Hilltop area of Cleveland. The project is one of hundreds projects mandated by the USA Environmental Protection Agency in the wake of the Clean Water Act which required communities to improved the quality of America’s river and lake water. (For more information on the Clean Water Act and its effects, see www.epa.gov/r5water/cwa.htm).

During the torrential rains of spring and summer in the Cleveland area, the water flow overcame the existing sewer system resulting in flooding and the discharge of untreated water into Lake Erie. Larger-diameter pipelines were proposed to help reduce the basement flooding and sewage overflow problems which were common in the crowded urban area.

Geology

The TBM passed mostly through gray Berea sandstone that is fine to medium grained and significantly fractured in discrete zones. The rock has moderate to high abrasiveness as well as a potential for gas and water inflows from fissures and joints.

TBM

Robbins designed the 2.2 m (7.2 ft) diameter TBM to bore through fractured rock with potentials for water inflow. The TBM included a variable speed, hydraulic cutterhead drive and a high-capacity asymmetric main bearing. The machine also included roof and probe drills for rock support and pre-excavation ground investigations respectively. The TBM featured 12 inch (305 mm) cutters that could generate a maximum thrust of 4,472 kN (1,006,000 lb). Maximum cutterhead torque was 194,172 N-m (146,000 lb-ft). The 60-ton, gantry-style back-up system was designed to run efficiently with muck cars at maximum capacity.

Tunnel Excavation

The TBM began boring in July 1998. It experienced few problems and achieved impressive daily advance rates. Between the months of September and December 1998 the machine averaged 42 m (138 ft) per day and achieved a best day of 55 m (182 ft) bored. The machine finished in December 1998 with a monthly average of 442 m (1450 ft). Crews worked in 5-day work weeks with 2 shifts per day and the machine averaged 21 m (69 ft) per shift.

---

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.

---

Сочинский комплекс 3

ТБМ Компании Роббинс строит дороги для Олимпийских Игр

Обзор проекта

При подготовке столицы Зимних Олимпийских Игр 2014 года две тоннельные буровые машины (ТБМ) Компании Роббинс завершили в срок проходку тоннелей в Сочи. Помимо строительства новых Олимпийского парка, линий водоснабжения, электростанций и спортивных арен, город-курорт хочет быть уверенным, что транспорт не станет проблемой для его гостей. Согласно проекту развития транспортной инфраструктуры, поделённому заказчиком – ДКРС-Сочи, на шесть комплексов, Адлер, маленький городок на черноморском побережье, и горный курорт Альпика будут связаны между собой новой магистралью, состоящей из автомобильной дороги и железнодорожных путей. Эти линии с 46 мостами и 12 тоннелями пройдут вдоль реки Мзымта через национальный лесной заповедник и будут связаны с федеральной автодорогой М-27.

Длина новой совмещённой дороги – 48,2 км. Срок окончания строительства – июнь 2013 года.  Для обеспечения жесткого графика строительства проходка тоннелей ведётся различными методами, включая применение проходческих комбайнов, буровзрывных работ и пяти ТБМ.

Переделка под проект

Для проходки параллельных сервисного и железнодорожного тоннелей длиной соответственно 5,8 км и 4,6 км подрядчики, ОАО Стройтрест и ЗАО Бамтоннельстрой, заказали две отремонтированные ТБМ. В условиях жесткого графика строительства машины, работавшие ранее на других проектах, были выбраны из-за более короткого срока их поставки в сравнении с поставкой новых машин. ТБМ диаметром 10,0 м работала ранее, в 2003-2006 годы, на строительстве железнодорожного тоннеля Абдаладжис в Испании и до отправки на комплекс 3 в Сочи находилась на хранении. Телескопная машина диаметром 6,2 м была построена в 1993 году для строительства гидроэлектростанции в Швейцарии и с тех пор работала на многих тоннельных проектах, пробурив в общей сложности свыше 45 км тоннелей.

Машина диаметром 10,0 м была поставлена в Сочи после ремонта, выполненного субподрядчиком поставщика. При монтаже ТБМ выявилось, что некоторые из главных компонентов машины нуждаются в ремонте или замене. По изучению вопроса, Бамтоннельстрой принял решение пригласить Компанию Роббинс для технического обслуживания ТБМ и сопровождения работ на Комплексе 3. Основанием этому решению служил довод, что две из трёх ТБМ, работавших на площадке, были построены Компанией Роббинс.

Команда из 15 специалистов сервисной службы и инженерных отделов Компании Роббинс отремонтировала и модифицировала обе ТБМ. Десятиметровая машина получила из Италии другую моторную плиту, тогда как её главный подшипник был отремонтирован на заводе в Германии. Для транспортировки 30-тонного подшипника использовался самолёт Антонов 124-100, единственный из существующих, способный перевозить такие тяжеловесы.  На машине модернизировали также систему смазки, поддува полости главного подшипника и внесли изменения в систему смазки главных уплотнений.

Телескопная машина диаметром 6.2 м получила новые редукторы главного привода и программируемый логический контроллер. Команда Компании Роббинс оставалась на стройплощадке, пока обе машины не были отлажены и не приступили к нормальной работе.

Геология

ТБМ были специально спроектированы для бурения раздробленных и нарушенных осадочных пород, которыми представлен сочинский регион. При испытании образцов было установлено, что машины будут бурить, в основном, по известнякам при состоянии их от монолитных до сильнотрещиноватых с прослойками глины. Такие осадочные породы, как песчаники и алевролиты, были также выявлены наряду с зонами разломов, сложёнными брекчиями и конгломератами.

Для обеспечения устойчивости забоя обе машины были спроектированы с плоскими режущими головками, низкопрофильными породными ковшами и радиальными черпаками. Они были оборудованы, также, легко заменяемыми кромками черпаков. Для обработки породы пена и химические добавки могли в неё нагнетаться через специальные инъекционные порты.

Проходка тоннелей

ТБМ диаметром 6,2 м стартовала в марте 2010 года бурением по смешанным породам. Однако в мае машина остановилась, войдя в зону разлома, сложенную раздробленными и сыпучими породами. Бригадам удалось освободить машину путём ручной проходки вокруг ТБМ обходной штольни с деревянным креплением и последующего удалениям обломочника из камеры, пройденной впереди режущей головки. Для оценки состояния грунтов впереди машины были пробурены разведочные скважины на расстояние до 62 м. Обнаружилось, что впереди залегают сильнотрещиноватые породы. Для укрепления порфиров впереди и вокруг режущей головки, в них было проведено нагнетание полимерной пены. По завершении этих работ машина без проблем пошла вперед. Во избежание подобного в будущем, проходчики выполняли систематическое разведочное бурение на остающемся участке проходки и, при необходимости, обрабатывали породу цементно-силикатными композициями и пеной. Этим обеспечивалось стабильное движение машины вперёд.

Несмотря на эти вызовы природы, шестиметровая машина достигла хороших скоростей проходки – от 100 до 120 м в неделю и 14 м в день. 2 марта 2011 года произошла сбойка. По завершении проходки ТБМ была демонтирована и отправлена на хранение в район Новороссийска.  Ожидается, что она будет использоваться на последующих тоннельных проектах, так как находится в хорошем состоянии и показала при работе на Комплексе 3 очень низкий износ шарошек.

Десятиметровая ТБМ стартовала в сентябре 2010 года и успешно преодолела два разлома протяжённостью 25 м и 50 м, сложенными сильновыветрелыми породами. Здесь также выполнялось разведочное бурение и предварительная обработка пород для их упрочнения.

Массивная машина закончила работу сбойкой, выполненной 14 февраля 2012 года

---