单护盾隧道掘进机突破重重难关修复世界上最长的连续隧道

项目概况

特拉华州输水隧道长达137公里(85英里)，被吉尼斯世界纪录大全收录为世界上最长的连续隧道，也是美国规模最大的输水隧道。该隧道每一天为纽约市输送城市50-60%的饮用水——纽约是一个拥有850万人口的大都市，另有100万人口居住在城市北部。二十世纪九十年代，纽约市环境保护部(NYCDEP)发现位于哈德逊河下方的一段隧道每天都在泄漏7500万公升的水。

纽约市环境保护部决定修复这个隧道，这也是建造纽约供水系统175年历史中规模最大的一项工程中的一部分。该计划的一个关键部分是一段旁路隧道，它往上连通隧道结构完好的部分，往下通往哈德逊河地下深处继续前进3.8公里(2.5英里)。值得注意的是，输水隧道在隧道挖掘过程中将仍然继续提供供水服务—仅在旁路隧道贯通后关闭水流，以便新隧道能连接到已有的隧道上，关闭时间预计将持续5到8个月。

地质状况

在哈德逊河河床下方183米(600英尺)处，旁路隧道在断裂的、疏松的石灰岩中将会受到压力高达20bar的高压涌水影响。罗宾斯公司为承包商Kiewit-Shea(KSC) 合资公司专门制造的一台直径6.8米（22.3英尺）的单护盾隧道掘进机用于隧道挖掘，其使用的部件能在困难地质条件下进行高效挖掘。

掘进机设计

这台掘进机是根据困难地质方案的特征来设计的，能应付独特的地质条件。

涌水控制装置

由于项目过程中预计会遇到20bar的静水压力，罗宾斯公司为掘进机设计了一个新的主轴承密封系统，该系统由传统的多排唇型密封和紧急充气密封组成。在遇到突然冲进高压涌水的情况下，掘进机会快速被密封住，首先泥槽上的闸刀会关闭，紧接着输送机架构和输送带会从开挖室撤回，然后隔板密封板被收回，最后稳定器舱门关闭。

钻级&灌浆系统

掘进机在护盾中配有两个钻机，从16个不同的位置通过头部进行钻孔，第三个位于安装机上的钻头从额外的14个位置通过护盾进行钻孔。钻机和预开挖灌浆将成为控制和最小化减少涌水的常规工作。此外，如必要的话，由水力驱动的高压潜孔锤能在掘进机前方以20bar的压力掘进60-100米。

压力补偿型滚刀

纽约市环境保护部要求掘进机能够承受30bar的静水压力，因此，掘进机必然要使用压力补偿型盘形滚刀。该滚刀独特的设计结合一个压力平衡系统能够将涌水隔离，而且能在高压情况下保护滚刀轴承的安全。

现场准备

项目建造了两个巨型竖井—始发井5B位于纽约市纽堡区，接收井位于哈德逊河另一边的Wappinger。这些竖井是通过钻孔和爆破方式建造的，每隔30米(100英尺)安装混凝土衬砌。两个竖井于2016年3月完工，纽堡区的竖井深270米（885英尺），直径9米（30英尺），Wappinger的竖井深197米（646英尺）。

掘进机将从一个12米高顶棚的扩底型洞室开始挖掘，顶棚目前还在建设中。纽堡区的竖井配有综合的后勤装备，包括一套为竖井服务而精心设计的起重系统。该系统会在掘进机组装的过程中使用，可提供高达90公吨的起重量

罗宾斯公司与KSC密切合作，确保掘进机组件在设计和尺寸上都小于90公吨，这样就可以使用承包商的起重系统来吊起进入窄而深的竖井口。工厂验收测试于2017年2月进行，掘进机运到现场后，被安装在竖井底部的一个移动底座上，然后被移至隧道掌子面。隧道预计于2017年秋季开始挖掘

随着掘进工作的继续，我们将持续公布项目进展。