Project Categories: 单护盾掘进机

特拉华州输水隧道修复项目

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。

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巴努高速铁路隧道

强劲的单护盾打通土耳其最坚硬的岩石

项目概况

加济安泰普省位于土耳其东南部,是一个重要的农业和贸易中心，分为9个区，有近170万人口。该省正通过翻修公共交通系统，修建一条连接巴伊镇和努尔达伊区之间的铁路线，简称巴努铁路隧道。巴努铁路隧道将由两条平行的10.1公里(6.3英里)隧道组成，挖掘工作包括凿岩和爆破(2.9公里/1.8英里)，也使用了隧道掘进机 (7.2公里/4.5英里)。

地质状况

由于受东安托里安断层带影响，该地区地质情况复杂，地质状况难以预测。项目的混合地质现象十分普遍，分布着从层状砂岩、石英岩、泥岩到高风化的页岩和白云石灰岩各种岩石，隧道正上方的几处泉水还有可能引发高位渗水。

机器设计

定制化的单护盾隧道掘进机是采用困难地质方案(DGS)设计的。封堵门和紧急密封系统有效地密封了高压涌水。该系统可以减少或消除流经掘进机的泥浆量或水量，并让机组人员有时间安全地进行注浆堵水，在此过程中，掘进机将停止工作，直到水量减少到它可以再次开启的程度为止。

 

现场组装和掘进

单护盾隧道掘进机采用现场首次安装调试方案（OFTA）。由于现场位于叙利亚边境约20英里（32公里）处，一些部件的运输过程比较复杂，但是安装调试工作在2016年6月就完成了，并在同月举行了启动典礼。

到目前为止，单护盾隧道掘进机遇到了一种强度极高的岩石层，可能是迄今为止在土耳其遇到的强度最大的岩石层。其中变质砂岩和变质泥岩样品的单轴抗压强度测试（UCS）结果达到223兆帕。掘进机的进展速度缓慢，到2017年春季，掘进机已经挖掘了3千多米(1.9英里) 的隧道。

随着掘进工作的继续，我们将持续公布项目进展。

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杜勒斯机场列车系统项目

快速的单护盾隧道掘进机贯通杜勒斯国际机场

项目概况

杜勒斯国际机场年旅客吞吐量超过2700万人次，是美国最繁忙的枢纽机场之一。项目业主，大都会华盛顿机场管理局，计划通过建设一个规模宏大的地铁系统来最大限度地提高机场的输送效率。这条新的铁路线被称为“机场列车系统”(ATS)，目的是为了取消之前使用橡胶轮胎的地面车辆，减少机场的拥堵程度。项目耗资12亿美元，配备29辆轨道列车，列车在站台之间的运行时速可以达到68公里/小时(42英里/小时)

尽管使用了各种挖掘方法，一段560米长的隧道需要靠掘进机来打通，因为该地段正上方就是繁忙的机场大厅。这条双隧道的承包商是阿特金森/克拉克/榭伊合资公司（Atkinson/Clark/Shea JV），在2004年与罗宾斯公司签署了一份完全合同，内容包括2台直径6.4米(21.1英尺)隧道掘进机，后配套系统，刀具和备用配件。

地质状况

隧道穿过泥岩、砂岩和粉砂岩地质， 无侧限抗压强度从32到48兆帕(4700到7000 磅/平方英寸)。隧道内的地质条件要求机器在尾盾部分及时进行灌浆，防止地面沉降。

隧道掘进机

由于隧道长度较短，加上隧道衬砌要求和及时灌浆要求，项目业主指定使用单护盾隧道掘进机。罗宾斯公司对单护盾隧道掘进机进行了翻修，这些单护盾掘进机是1985年为了建设台北地铁隧道项目时建造的。每台掘进机都配备了一个新的刀盘、后配套系统、推力调节系统和管片拼装机

掘进机上配备了直径15英寸的盘形滚刀，用于钻通相对柔软的岩石。后配套系统用作单向渣土车的开放式门架系统。

隧道掘进

每条隧道掘进机都要挖掘两个隧道巷道，长度分别为460米(1500英尺)和100米（335英尺）。掘进机挖通第一个460米(1500英尺)后，采用明挖法顺利贯通了长180米 (600英尺) 的B航站大厅，到达第二个导洞。在掘进过程中，预制混凝土砌块在掘进机尾盾中搭建，形成隧道衬砌。当接近主航站楼时，2台掘进机都要通过半径125米（410英尺）的急转弯

掘进机于2006年9月贯穿隧道。该项目也使用了很多其他的方法，包括新奥地利隧道施工法（NATM）和盾构法。项目第一期规划在2009年完工，届时将提供从机场B大厅和C大厅到主航站楼的列车服务。

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屯河-钦本河电站扩建计划

项目概述

屯河-钦本河电站扩建计划是一个水电工程，需要开挖一条5.5公里（3.4英里）的引水隧道。这条隧道由罗宾斯单护盾掘进机开挖，同时，也是隧道掘进机在老挝国家开挖隧道的第一个实例。隧道在南通河畔，该项目包括一个新发电站、水坝，引水隧道，计划建成后将在2012年，增加老挝和邻国泰国的 电力供应。这个耗资2.7亿美元的项目计划增加一个的280兆瓦的电力，为两个国家解决电力需求。原有厂房由Recchi-CMC合资在1995年和 1998年间建造，每年已发电220兆瓦。工程完成后，增加的电力将会输送220兆瓦到泰国，60兆瓦到老挝国家电力公司(EDL)。该项目还承诺通 过扩大电网115千伏输电项目覆盖区，增加电力供应。

单护盾掘进机设计

2008年的12月22日，CMC di Ravenna公司和罗宾斯签订协议购买罗宾斯直径为7.6米得单护盾掘进机。掘进机在罗宾斯公司俄亥俄州梭伦市的工厂生产组装，然后运输到南通河沿岸的工地。CMC di Ravenna公司选择罗宾斯单护盾掘进机，是因为罗宾斯可以为项目量身定做一个短护盾的掘进机，符合项目的地质需要掘进机连续进行衬砌作业。

这台罗宾斯的掘进机专门为项目中等挤压地层结构设计制造。岩层随着隧道的沿线，含有砂岩、沙泥岩、泥石的交替地层。带超挖刀的铰接刀盘让掘进机能挖掘比隧道直径大100毫米的区域。为了做好岩层支护和安装衬砌，280毫米厚，预制好的混凝土衬砌以5+1的排列设计牢牢的安装在隧道壁。使得整个竣工后的隧道直径为6.9米（22.6英尺）。

掘进机掘进

掘进机在隧道掘进过程中的平均掘进速度达到每天19米（62英尺），其中最高掘进速度达每天37米（121英尺）。地质含的中等至稳固的砂岩占隧道总长的95%，只有少部分属较差的岩石结构。

工程具挑战型的条件，包括掘进进入一个15米（50英尺）宽、4,700米流动水痕迹的断层地带。施工队伍为此开挖了一个钻孔，运用膨胀的泡沫去稳定土壤，让掘进机能继续顺利掘进。掘进机顺利在预定计划的2010年11月21日贯通了隧道。

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帕哈雷斯第4标段隧道

项目概况

帕哈雷斯(Pajares)第4标段隧道是西班牙AVE高速铁路的一部分。全长49.5公里(30.8米)的隧道连接阿斯图里亚斯(Asturias)和马德里- 巴利亚多利德(Madrid-Valladolid )高速链路。这条路线被分成了4个标段，两条隧道是东边和西边的交通枢纽

项目业主，铁路基础设施管理部(ADIF)，授予了第4标段的承建合同给Constructora Hispanica, Azvi,Brues y Fernandez和Copcisa的合资公司。第4标段隧道长10.5公里。承建商选择了直径10米(32.8英尺)的单护盾隧道掘进机来开挖隧道。掘进机由罗宾斯设计，由三菱重工制造。这台机器是在西班牙的车间预组装，再完成现场组装。

地质概况

该机器于2006年8月开始在砂岩、页岩、石灰石、磨砂和火山岩，强度40 – 90兆帕(6 -13 ksi)的地质中掘进。罗宾斯的单护盾掘进机设计使这台机器能够应付这种断裂和多变的岩石地质。在一些困难的地质，这台机器还可以安装厚500毫米(19.7英寸)的预制混凝土管片用以围岩支护。

机器及机器设计

这台掘进机配备了17英寸(432毫米)的刀具，以5180千瓦(6,946马力)为动力，刀盘可以产生最大推力16814 kN(3780000磅)。这台机器的后配套系统由开放的龙门设备组成。隧道开挖工程于2009年7月完成。

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留尼旺灌溉项目

项目概况

留尼旺灌溉项目位于印度洋中的一个法国领土上。项目由一个隧道系统组成，该系统灌溉着甘蔗作物，并为岛上的西部地区人口提供水源。地下隧道将水从水资源富裕的东部地区输送到更为干旱的西部地区。项目获得了一些组织机构的资助，包括欧洲共同体、法国政府、留尼旺省政府和留尼旺区政府。

1990年，法国的承包商SOGEA公司和罗宾斯公司签署了隧道掘进机采购合同。罗宾斯公司建造了一个直径4.3米(141英尺)的单护盾隧道掘进机，用于贯通I号和II号隧道。I号隧道里的水有的部分II号和III号隧道，部分来自加莱角河（Rivière de Galets）的河水。然后，这些水通过长8.6公里(5.3英里)的隧道运至岛西侧的一个水库中。II号隧道较短，长2.4公里(1.5英里)，通过加莱角河下方的虹吸管来输送I号隧道的水。

地质状况

留尼旺项目3条隧道的地质构造主要由橄榄玄武岩构成。该地区的断层已经形成了由泥岩和黏土相结合的块状岩石的角砾岩区。涌水和蚀变是这些地区的典型特征。

隧道掘进机

由于2个隧道里存在腐蚀性岩石和涌水，罗宾斯公司设计了单护盾隧道掘进机来解决这些特殊的难题。为了保证掘进机后部能安全地进行换刀，掘进机的刀具装配了5个铲斗和29个直径17英寸（432毫米）的嵌入式背装式盘形滚刀

6台160千瓦（214.5马力）电机为刀盘提供超过129,7547牛米（96,0177磅尺）的扭矩。双速铰接刀盘增加了掘进机打通块状岩石的方向控制和稳定性。罗宾斯公司还为掘进机增加了泵水系统，为刀盘和护盾增加了密封装置，这些增加的配置为掘进机在严重涌水的情况下打通玄武岩做足了准备

掘进机的通风系统包括一台直径900毫米（35.4英寸）的风扇、一个通风管道、 一套空调设备和一套外壳式空调系统，均在掘进机后配备系统中进行安装和控制。

隧道掘进

在I号隧道中，掘进机从一开始就遇到了第一个挑战。最初掘进的500米的地质(1640.4英尺) 由坚硬的火山碎片、水和块状岩石构成，掘进机遇到了两个大面积的不良岩石带且伴有涌水，隧道内最大的涌水量约每秒45升(11.9加仑)。机组人员和罗宾斯公司现场服务工程师通过数次现场改动，最终解决了这些问题。其中一项改动就包括移除可伸缩的刀具，以便在断面里安装一个额外的铲斗。额外的铲斗增加了开口的数量，改善了断面清洁操作，提高了隧道掘进效率

橄榄玄武岩虽然柔软但十分粗糙，在掘进过程中刀毂的磨损情况十分严重。机组人员决定刀在毂上镶嵌硬质合金增强硬度，这个方法使问题得到了部分解决。刀圈在最大磨损程度下，寿命长短从中心刀的300个小时到边刀的50个小时不等

尽管地质条件复杂，掘进机的掘进速度飞快，如期完成了任务。 这台掘进机平均每小时的掘进量为4.46米(14.6英尺)，每周平均工作时间5天，每天3个班次，机器总共运行了1989个小时。

1992年9月17日，掘进机在I号隧道取得突破性进展，随后接受了例行重组和测试，为II号隧道的建设做好准备。掘进机于1993年开始II号隧道的挖掘工作，并与6个月后完成了任务。

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