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热点追踪 | 大直径变径TBM的成功应用——“双直径”TBM顺利完成Mill Creek排水隧道掘进

发布于:2022-08-12 09:13:12 来自:道路桥梁/隧道工程 [复制转发]


小编语

2022年8月4日 应用于美国德州Mill Creek排水隧道的罗宾斯“双直径”硬岩TBM完成了全程掘进。这台TBM在掘进途中成功将原本11.6m的刀盘直径变换为了9.9m,一台设备完成了两种不同直径的隧道掘进。本期,就让小编带大家一起回顾一下这次“地下变形之旅”!



项目背景


美国德州达拉斯Mill Creek排水隧道全长8km,建成后将提升达拉斯市东部和东南部的防洪能力。由于上游段和下游段的设计流速不同,所以项目最初将上游5.2km段设计为圆形断面,而下游2.8km段则设计为马蹄形断面,全程采用一台硬岩TBM开挖,马蹄形断面需在TBM开挖过后使用凿岩机扩径。


改进设计

为了寻求改进方案,施工团队委托罗宾斯设计并建造了一台可以在隧道内改变直径的TBM,在掘进过程中将刀盘直径从11.6m转换至9.9m,完成整条隧道不同直径段的掘进。        
       

新的掘进计划


这台可变径硬岩TBM于 2020 年 4 月 24 日以11.6m的刀盘直径始发,先行掘进下游段2.8km隧道。           2021年1月,TBM完成了下游段的掘进,开始进行直径变换。           在耗时近4个月后,TBM的刀盘直径变化为9.9m。        
       

TBM的始发状态


2021年5月,TBM开始以9.9m的刀盘直径开始掘进上游段,最高日掘进距离43m,最终于2022年8月完成了上游5.2km的掘进工作,准备开始安装内衬。          
       


     

变径方式


完成变径的关键是TBM本身的设计,这台TBM装备有一系列模块化可拆卸的组件,刀盘缩小的具体方式是通过移除下图中蓝色和橙色的组件,让整个刀盘实现内缩。      
     



除了TBM本身的设计外,完成的整个变径过程还需要一系列的配合工作:

前期准备

作为泄洪隧道,沿线设有五个跌水井与横坑道。施工方将TBM进行变径的位置安排在其中一条横坑道的位置:这是一条使用挖机建成的直径6m、长90m的马蹄形隧道。这条横坑道与一座深52m,直径6m的跌水井相连。展开变径时施工人员将通过这条隧道来到刀盘前。
       

变径区域



拆卸 刀盘

施工方在横坑道A附近开挖了一个中继间,清出了一片长21m的施工区,安装顶部支护后,将TBM倒退一段距离来到中继间的开口位置,随后在侧向隧道内开始拆卸刀盘部件。
       

开始变径前的TBM



刀盘变径

整个刀盘由中央的方形块、上下左右四个边缘块以及连接边缘块的四个连接块组成。拆卸时,刀盘上的边缘块与连接块分别拆下,从           横坑道 运至跌水井后吊出,其中边缘块在制造车间内割除多余部分后再次运至井内,与中央方形块重新拼合并固定,形成9.9m直径刀盘。
       



位置调整:

由于小直径隧道需要与大直径隧道保持同圆心,因此刀盘部件在车间进行改制的同时,需要使用千斤顶将TBM机头与车架抬高75cm,以匹配新隧道的标高。完成后,还需要安装变径后的小直径盾壳。
       



完成上述步骤并重新装好新的刀盘后,TBM缓慢地向前推进了1.2m至1.5m,并将之前安装的顶部支护拆除。 之后TBM再进行了6m至9m掘进,施工人员开始对TBM的后部支撑进行调整。 在车架进入小直径隧道后拆除了原先用于抬高的结构。 在小直径隧道内掘进了100m左右后,安装了与新直径匹配的新皮带输送系统。      


   


挑战与应对


     这样在隧道而非竖井内进行TBM直径变换的工程尚属世界首例。过程中自然也遭遇了一些问题和挑战。


变径作业空间问题:        
由于隧道内空间有限,所以变径所用的零件都是以模块化的方式制造的。并且零件吊装点都经过了特别的预先设计。因此只靠简单的吊装设备即可在隧道内狭小的区域中完成直径变换。

       
11.6m状态下的盾壳拆卸和运出也是一个问题。实际操作过程中,施工方只能让施工人员在隧道内将盾壳切割成小块后运出。
       

狭窄的作业空间



其他掘进作业问题:        
由于隧道沿线地层中包含有害气体,因此TBM掘进过程中进行了多次超前钻探。

       
地层土体在沾水后会变得极富粘性,因此掘进中需要保持干燥。但这又带来了带来了严重的扬尘问题,施工方只能在掘进中不断调整通风系统以控制扬尘。
       

在克服了掘进本身和TBM变径带来的诸多困难后

施工团队于2022年8月4日实现贯通


     



小编语

原本可能耗资巨大的项目,通过使用了隧道内TBM变径技术,使得施工效率提高,按照原定时间顺利完工,也在一定程度上证明了该项技术的可靠性。期待这项技术在未来能够得到更多的应用!




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