切斯特大道截流下水道项目

小型硬岩掘进机刀头迅速完成印第安纳下水交叉隧道

项目概况

印第安纳州的里士满市是一个拥有5万人口且在不断发展中的城市。为了满足未来的发展规划，该市制定了一项计划，通过6.4公里(4英里)长的扩建项目将目前下水道系统的容量增加一倍。届时，新的重力下水道也将取消对昂贵的泵站的需求。

2006年12月，里士满市卫生区和总承包商布拉克尼公司（Brackney, Inc）签订了一份价值470万美元的合同，建造切斯特大切斯特大道截流下水道。该下水道在新管道基础上延伸3.2公里(2英里)，为一个商业区和附近的医院提供排污服务。随后，布拉克尼公司将河流和步行古道下方4处交叉隧道的硬岩挖掘工作分包给了中西部摩尔公司（Midwest Mole, Inc.）。中西部摩尔公司选择了直径1.2米(48英寸)的小型掘进机用于挖掘最短的2处隧道（长度为55米/180英尺），以及直径1.4米（54英寸）的单护盾小型硬岩掘进机用于挖掘2段最长的隧道（每段长度为120米/400英尺)。

地质状况

交叉隧道位于页岩和石灰岩之间，岩石的单轴抗压强度高达70兆帕(10200千磅力/平方英寸)。所有交叉隧道区都是硬质地质，几乎不会出现涌水。

硬岩掘进刀头

对于单轴抗压强度从20兆帕至超过175兆帕（4000至25000千磅力/平方英寸），且位于地下水位以上的硬岩或混合地质条件，小型硬岩掘进机是最行之有效的技术设备。基于交叉隧道的长度和严格的线路和坡度要求，中西部摩尔公司决定使用罗宾斯公司的岩头式隧道掘进机来进行最长交叉隧道的挖掘工作。交叉隧道区域要求挖掘坡度精度为0.25%，这对岩头式隧道掘进机来说轻而易举。位于掘进机后盾中的操作员可以通过控制台让机器连续不断地工作。

为了优化破岩效果，直径1.4米(54英寸)的掘进机的刀盘上配备了获得专利的直径6.5英寸的单刃盘形滚刀。这台掘进机属中西部摩尔公司所有，曾参与过自2005年以来的六个前期项目。在挖掘超过1200米(3900英尺)后，掘进机被送到了罗宾斯公司的车间进行了首次翻新和刀具更换。此时，重力下水道交叉隧道部分还没有开工。

隧道开挖

2007年3月，中西部摩尔公司打通了第一个长120米(400英尺) 的交叉隧道。小型硬岩掘进机被焊接在直径140米(54英尺)的主钢制套筒上，通过管顶系统从探井中启动。掘进机平均每10小时/班内掘进6-8米(20-26英寸)，按规定时间和坡度要求完成贯通。第二个交叉隧道在2007年5月开挖，掘进机取得了高达9米(30英尺)每班次的更高掘进速度。

两台小型掘进机完成交叉隧道的结果近乎一致。每一个55米(180英尺)的交叉隧道，坡度要求0.42%，都需要对掘进机的航向进行连续的监控。稳定座位于掘进机机身的每四分之一处，用来稳定机身，让掘进机在前6-8米(20-26英尺)的前进过程中进行转向。机组人员借助液压缸改变稳定座的高度，从而调整掘进机的航向。在掘进机打通前6-8米(20-26英尺)之后，检查校准需要使用荷兰式水准仪。如果调整的方向漂移了，螺旋钻会被拉回并复位到正确航向上。这台掘进机在两个交叉隧道速度每10小时/班内的平均掘进都达到了6米(20英尺)。