Project Categories: 双护盾掘进机

黄河引水工程

项目概况

 

黄河引水工程是一项雄心勃勃的隧道网络，为山西省长期干旱地区供水。水系统由多个隧道组成，长度超过100公里(62英里)。

合资企业(CMC,Impregilo，中国水利水电工程四局)在1997年获得了标段2和3的工程合同。2000年，意大利的Muratori Cementisti Ravenna(CMC)获得了标段5的工程合同。所有的承包商都选择了罗宾斯双护盾掘进机来挖掘这个具有挑战性地质的隧道。

地质条件

2号标段：2号标段的地质是由石灰岩和白云岩组成的，偶尔有断层现象。喀斯特地貌也很丰富。岩石的无侧限抗压强度（UCS）为39-137 MPa（6-20 ksi）

3号标段：3号标段的地质由倾斜折叠的白云石灰岩和三叠纪砂岩&泥岩组成，岩石的无侧限抗压强度与2号地段相同的。岩石主要是大量的高角度断层，伴随偶尔的喀斯特地貌

5号标段：5号标段由石灰岩、砂岩和粉砂岩组成，偶尔有断层，岩石的无侧限抗压强度为 25-206 Mpa（4-30 ksi）。

隧道掘进机

2号标段：2号标段使用了两台罗宾斯双护盾隧道掘进机。第一台掘进机是一种新的罗宾斯隧道掘进机，挖掘了两条隧道（T4和T5号隧道），长度分别是6.6公里（4.1英里）和25.5公里（15.8英里）。这台掘进机配有一个直径4.92米(16.1英尺)的刀盘和直径17英寸(432毫米)的刀具，还装备有一个可变频驱动装置(VFD)，为刀盘提供1575千瓦(2112马力)的动力。掘进机可以产生9074 千牛(204,0000磅)的刀盘推力和2,159,424 牛米(159,1300磅尺)的扭矩

2号标段的第二台机器，罗宾斯公司为长14公里（8.7英里）的隧道翻新了一台直径4.9米（16.1英尺）的隧道掘进机。该掘进机配有直径17英寸（432毫米）的刀具，6个75/210千瓦的发动机，总装机功率为3000千瓦

两台隧道掘进机都使用了相同的后备份系统。每掘进300米(984英尺)长，后配备系统使用一台出渣台车和有压载的出渣车和一对侧线组成一个加利福尼亚道岔。供水装置、通风装置和电缆盘都在后配备系统的后部附近

3号标段：另一台双护盾隧道掘进机用于挖掘3号地段T7号隧道的一段长22公里（13.7英里）的隧道。这台掘进机直径4.8米（15.7英尺），配有直径17英寸(432毫米)的刀盘，可以产生9074 千牛(204,0000磅)的刀盘推力和215,9424牛米（159,1300磅尺）的扭矩。长40.7公里的T7号隧道的另一半隧道由NFM公司制造的一台隧道掘进机完成贯通

3号标段掘进机的后配备系统与2号标段掘进机的备配份系统相同

5号标段：5号标段，CMC公司使用了一台自1994年以来就被中国保存的直径4.8米(15.7英尺)的罗宾斯隧道掘进机。为了该项目，罗宾斯公司对这台掘进机进行了彻底的翻新。CMC公司和罗宾斯公司同意加强现有的刀盘，以提高在断裂地质中的运行可靠性。这台掘进机还配有一个后护罩和钢丝刷密封来防御涌水。掘进机配有直径17英寸(432毫米)的刀具，可以产生7562 千牛(170,0013磅)的刀盘推力和193,6568 牛米(143,8000磅尺)的刀盘扭矩

为增加性能，5号标段掘进机采用的是定制化的后配备系统。罗宾斯公司扩展了后配备系统，提供安装在平台上的台车长度能够为掘进机的两个行程提供足够的泥渣搬运和物料输送能力。管片处理系统也得到改善，以便更快速地处理隧道衬砌管片。

隧道掘进

1999年2月， 2号和3号地段同时开挖。挖掘T4号隧道的掘进机仅用8个月就掘进了6.6公里（4.1英里），且相对而言没有遇到什么问题。这台掘进机以最佳月进尺1822米（5978英尺）的成绩打破了同级别掘进机的世界记录，最佳日进尺达到了99.4米（326英尺）。同一台掘进机于1999年11月开挖长25.5公里（15.8英里）的T5号隧道， 2001年完成贯通，也没有遇到什么问题

翻新的罗宾斯隧道掘进机于1999年12月开挖长14公里(8.7英里)的T6号隧道。掘进机遇到长段粘土和一个6米(19.7英尺)宽的喀斯特溶洞，必须填满豆粒砾石和钢筋混凝土，才能让掘进机通过。尽管遇到了这些挑战，这台掘进机取得了81米(266英尺)的掘进速度，最快的一个月掘进了1375米(4511英尺)，平均月进尺为550米(1804英尺)。

1999年2月， 3号地段长22公里(137英里)的T7号隧道开始挖掘，于2001年4月完成贯通。罗宾斯公司的隧道掘进机和NFM公司的掘进机从隧道的两端开挖，在中间相遇。罗宾斯隧道掘进机遇到了一种50/50比例的石灰岩/砂岩混合的耐磨岩石和几个高角度断层线。尽管如此，该掘进机仍取得了月进尺超过700米（2297英尺）的成绩，且最佳月进尺为1281米（4203英尺）

2000年9月，5号地段开挖，此时2号和3号地段正好完成贯通。到同年12月8日，翻新的罗宾斯隧道掘进机在第一个月就创下了最佳日进尺36.1米（118英尺）和平均月进尺超过1000米（3281英尺）的成绩。随后，这台掘进机又创下了同级别掘进机的世界纪录，平均月进尺达1352米（4336英尺）。掘进机于2001年9月贯通了长13.5公里（8.4英里）的隧道。

 

 

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南山项目

项目概况

亚利桑那州的南山输水隧道是长27.3公里(17英里)的输水管道的一部分，每天向菲尼克斯输送1.78亿公升(4700万加仑)的水。管道服务阿瓦图乌基丘陵地区，该地区过去10年的人口增长了145%。

2000年，菲尼克斯与Affholder公司签订了价值1100万美元的工程合同。Affholder选择了一台专门为了适应隧道中多变的岩石条件而翻新的罗宾斯双护盾隧道掘进机

地质概况

隧道穿过三种类型的岩石。隧道的第一个和最后一个地段由坚硬的、粗粒度的花岗岩和片麻岩组成，中间地段是两片冲积土渗透地质。这种土壤颗粒混杂并显示出二次钙化，在当地被称为钙积层，可以表现出类似于岩石的特性

为了应对土壤沉积物的挑战，隧道设计顾问建议采用带背板的钢支架用于隧道支撑。

隧道掘进机

针对隧道中的多样岩石条件，罗宾斯公司翻新了一台直径2.40米(7.9英尺)的双护盾隧道掘进机。这台掘进机设计上包括双推进系统，一个保护盾，嵌入式刀具，并且能够反转刀盘方向

掘进机配有直径432毫米（17英寸）的刀具，最大推力达4372 千牛（100,6000磅），重60公吨（66吨），能够产生194,0172牛米（14,6000磅尺）的扭矩

隧道掘进

掘进机于2000年12月开始挖掘长1.85公里(1.15英里)的隧道，三个月后首次遇到第一个土壤沉积物。松软的土壤条件下掘进机的锚杆换成钢支架和木背板，便于隧道衬砌。掘进机在贯通一段长360米（1181英尺）的片麻岩后抵达了第二段土壤渗透区。2001年8月，掘进机贯通了隧道的最后部分，没有出现任何问题

工作人员每9小时轮班作业，单次轮班的最大掘进速度达到26米(85.3英尺)。掘进机平均每小时的掘进速度为1.50（4.9英尺）。

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克利夫兰下水道项目

项目概况

克里夫兰高地下水道截流项目位于克利夫兰高地/山顶地区，是一个下水道系统改进项目。该项目是美国环境保护局在清洁水法案生效之后强制执行的数百个项目之一，该法案要求社区改善美国河流和湖泊的水质（获取更多清洁水法案信息和成效，请参阅网址www.epa.gov/r5water/cwa.htm)。

在克利夫兰地区春夏季猛烈的雨季期间，水流量超过现有的下水道系统，导致洪水和未经处理的水排入伊利湖。因此，人们提出修建直径更大的管道来减少地下洪水和污水溢流问题，这些问题也是人口密集的市区的通病。

地质状况

隧道掘进机所经区域主要是灰色贝雷砂岩地质，对中等粒度破岩没有问题，但在断面区有严重的裂隙。这种岩石具有中度至高度的腐蚀性，且裂缝和连接处存在气体溢出和涌水的风险。

隧道掘进机

罗宾斯公司设计了一台直径2.2米(7.2英尺) 的隧道掘进机，用于打穿可能发生涌水的裂隙岩体。这台掘进机不仅有可变速的液压刀盘驱动装置和高功率非对称主轴承，还有分别用于岩石支护和挖掘前地质勘察的顶板和探测钻头。掘进机装配着直径12英寸 (305毫米)的刀具，最大推力可达4472 千牛(100,6000磅)，刀盘的最大扭矩是19,4172 牛米(14,6000 磅尺)。重60吨的门架式后配备系统配合碴土车一起以最大容量高效运行。

隧道掘进

1998年7月，隧道掘进机开始挖掘，日掘进速度惊人，中途几乎没有遇到问题。从1998年9月到12月，掘进机平均日掘进42米(138英尺)，并且取得了最佳日掘进55米(182英尺)的成绩。掘进机于1998年12月贯穿隧道，平均月掘进442米(1450英尺)。机组人员每周工作5天，每天2次轮班，平均每班掘进21米(69英尺)。

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山西平鲁隧道

老练的双护盾完成世界最长之一的单头掘进隧道

项目概况

平鲁隧道是黄河引水工程的一部分，由中奥水利工程有限合资公司(SAHEC)于2006年进行，由阿尔派公司(Alpine Bau GmbH)公司领导。平鲁隧道全长24.5公里(15.8英里)，是世界上最长的单头掘进隧道之一。整个计划将把水从黄河转移到山西省的干旱地区，这一地区平均每年降雨量只有400毫米(16英寸)

完成的平鲁隧道将于2011年10月投入运营，连接黄河北线工程，将水输送到平路、舒州、大同地区。黄河引水工程的南线工程于1999年至2001年完成，全长100公里(62米)，采用了5台隧道掘进机开挖隧道，其中4台为罗宾斯双护盾掘进机。

设备设计

在2000年，罗宾斯双护盾掘进机开挖平鲁隧道，这台设备曾在开挖黄河分流12公里(7英里)长的隧道上创下纪录。在这个项目中，双护盾在其直径类别4 – 5米(13至16英尺)上也创造了两项世界纪录:最佳月份(1,855米/ 6085英尺)和月平均(1,352米/ 4,435英尺)。两项纪录如今还没有被打

由于掘进机之前为这个个项目其他隧道作业，机器为类似的地质设计，只有后配套系统被修改。由于隧道的长度，后配套的框架从一冲程到两两冲程。尽管碴土车从机器到隧道入口的运输时间为70分钟，这一关键的修改让机器仍然能够保持良好的掘进速度

隧道掘进

2006年9月30日，这台机器开始在偏僻的工地上始发掘进。隧道掘进是一个具有挑战性的过程，因为地质包括12米(40英尺)厚煤层和磨料砂岩，需要对隧道空气进行认真监测。高达70%的石英岩含量使岩石非常粗糙。这种70%的石英岩和6%的刚玉的组合使岩石的磨蚀性比石英高7倍，这相当于研磨车轮的材料。这需要每天4个小时的轮班，进行铲斗齿更换及刀盘的严格维护

出渣是由渣土车在两个轨道上通过加州开关进行运输。后备套系统配备了地板链搬运器，在装满渣土的车上分流。长隧道通风采用高功率风扇，最低速度为5.4 m3 /秒(190英尺/秒)。风扇位于入口，通过1.4米(4.6英尺)直径的可弯曲管道将新鲜空气输入隧道

平鲁隧道衬砌由独特的六角形部分组成，由阿尔派公司在工地附近生产。一组近400人的团队在包括工地和管片厂工作。在开挖过程中，管片分段被纵向成蜂窝结构排列，放置在四个单元的环中，让设备可以在安装管片的时候仍然高速、无停机地掘进。掘进速度达50环，或70米(230英尺)每天

2010年11月13日，500多人括来自奥地利和中国，以及整个隧道的团队工作人员齐集山西平鲁工地庆祝罗宾斯的设备贯通平鲁隧道。

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俄罗斯索契3号交通枢纽

罗宾斯双护盾为奥运会打造新通道

项目概况

2012年，直径6.18米和10.0米的翻新罗宾斯双护盾硬岩隧道掘进机为俄罗斯索契分别贯通了一条5.8公里的服务隧道和4.6公里的铁路隧道。 这个隧道工程师俄罗斯为迎接2014年冬季奥运会开展的公路和轨道交通改造重大工程项目的一部分。

这一交通改造工程由俄罗斯铁道部下属的机构DCRC-索契启动。工程共分为6个综合交通枢纽交汇处，链接在黑海沿岸的阿德勒小镇和阿皮卡的度假山庄道路和铁路。这些新建的隧道线路将会链接途经46座桥和12条隧道穿过国家森林的M-27号公路这条姆济姆塔河沿线。

整个项目由有长达共48.2公里的新建公路和铁路隧道组成。规定必须在2013年的6月完成的这个项目为了能确保工程能在按时竣工，开挖隧道采用了多种方法，包括巷道掘进机、爆破设备和5台隧道掘进机。

量身定做的翻新

项目的承建商OJSC Stroy-Trest和CSC Bamtunnelstroy公司采用了2台翻新的罗宾斯掘进机来挖掘平行的服务和铁路隧道。采用翻新设备开挖隧道可以大大节省采购时间，能让工程可以在规定的、非常短工期内预期完工。负责开挖3号综合交通枢纽交汇处隧道的三台隧道掘进机中，有两台属于罗宾斯制造的掘进机。其中直径10米的掘进机曾在2003年至2006年间用于开挖西班牙的阿贝达拉吉斯铁路隧道。直径6米的掘进机则是在1993年为瑞士水利发电项目而制造的，至今已服务过多个不同的隧道项目，开挖隧道共长达45公里。

直径10米的掘进机开始是由第三方供应商进行翻新提供。当始发后遇到了许多问题，发现一部分的主要部件需要翻新或更换，Bamtunnelstroy决定雇佣掘进机的制造商罗宾斯公司为3号综合交通枢纽交汇处隧道项目提供现场技术支持和项目咨询。

罗宾斯从现场服务和工程部派出了15个专家组成的技术团队修理和改装两台双护盾的硬岩隧道掘进机。为了配合困难的掘进条件，这两台掘进机都配备了扁平的碴石铲斗和径向铲斗以提高工作面的稳定性。设计还包括了可换式铲斗齿和喷射注入口，使得泡沫添加剂可以穿过刀盘注入工作面进行土壤改良。这些改良的设计让设备顺利经过了多个断裂地带。

复杂地质

这个项目的地质状况极为复杂，既有块状的掩体，又有粘土裂缝性灰岩。在3号综合交通枢纽交汇处这个标段的地质尤其困难，共有27个断裂地带。2010年5月，直径6.18米的掘进机曾因碎岩和流质土体构成的断层而中断作业，现场服务人员和操作人员在掘进机四周挖出一条旁通隧道，减轻了刀盘的压力，成功地恢复了设备的掘进。重新启动后，采用了超前钻孔以及注入硅酸盐水泥和泡沫的预注浆技术确保设备正常掘进。

隧道掘进

尽管在2010年的5月18日至8月8日遇到了坍塌，直径6.18的掘进机仍然于2011年9月2日成功贯通了服务隧道；取得了日进尺14米，平均周进尺100到120米的成绩。2012年4月12日，直径10.0米的掘进机也顺利贯通了铁路隧道，完成了罗宾斯两台掘进机在最复杂的3号综合交通枢纽交汇处隧道项目标段的工作。

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