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【隧道施工】哥德哈特基底隧道的盾构后挂系统
发布:2014-12-05    浏览:3315    来源:    【

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  Aker Wirth TBM之所以能倾斜陡峭的推进是由于瑞士Linth –Limmern 的Linthal 水电厂(KLL)扩建工程。ROWA公司为最近一系列隧道工程项目量身定制了后挂系统,将TBM本身与之平滑地结合到其它“近旁”系统,形成一个重要的衔接。

从Tierfehd始发工地往上倾角为24°挖掘通道隧道长4km至位于山上海拔1700m的电厂洞穴,这是Aker Wirth 公司同行密切合作的ROWA设计师提出特殊需求。这台直径8.03m Aker Wirth TBM需要长160m的后挂系统,并明显不允许后滑。不仅仅TBM和后挂系统必须好好应付主轴线,还有推进开始之际,主推进之前整体总装,要克服300m曲率半径。

扩建工程将优化既有设施并增加额外的1000MW水轮机功率和1000MW泵送功率用于蓄能发电,从而提高性能。合营项目的拥有人Axpo 是电力站经营者并拥有85%股权,Glarus区地方政府拥有15%。Arge AZL 合营承包商由Rothplaz、Lienhard+Cie、Wayss & Freytag工程建筑公司、Baresel、G. Lazzarini、Andrea Pitsch 和 Ragotti+Weber建筑公司组成。

AZL施工经理 Christian Ris指出,“以前绝没有可能使用这样大的TBM来向上挖掘这么陡峭的隧道。”

TBM是敞开式撑靴型带有X形状双围护,从而可较精确并可让隧道壁少受压力。它被装配在隧道进洞口并同时装有后挂系统。

8.03m的隧道是TBM能向上挖掘的最大倾斜井,以前所建立的记录为直径6m。

图1  Murer-Strabag合营公司从ROWA公司定购了两套TBM后挂系统,为了用于哥德哈特基底隧道Amsteg 252路段,借以支援撑靴式TBM 11.35km的挖掘

合作

Aker Wirth公司和Rowa公司之间的协议能使承包商订购并设计、制造、发货、装配和交付使用都来自一个商家。严峻的坡度和大直径意味着后挂系统必须特别设计才得以应付不寻常的力。包括在倾斜面上作用的静荷载和动荷载。当考虑到要保持在斜面上后挂系统的总重量为1500t再加上TBM的重量,就可得到这些力的概念。

除了TBM本身以外,后挂系统包括:

*防后滑系统;

*8个建筑工地使用后挂组件;

*拼装基底(隧道底部)衬砌管片的孔径;

*整合的供应列车带有起重起重机;

*喷射混凝土衬砌的“consolidation L2”机组,还包括机械化清除飞溅;

*输送机皮带系统;

*龛壁庇护所衬砌系统。

这个防滑系统在暗挖冲程之间支持TBM,并防止免于后滑等等。

Linthal TBM 后挂系统使路轨供应和具有48t荷载能力的运输系统相整合。这个项目也是ROWA公司首次建造这样装备着起重起重机的供应列车。44mm直径钢索(钢丝绳)为3.8km长起重系统工作。2000kW液压驱动装在后挂设备内的特殊钢架上。运转速度达4m/s,这个驱动其他必要的装置是安全刹车、超速和钢索松弛释离器。

列车本身有4辆平板车,可以装有各种标准组件。合适的组件可运载货物到工作面或龛壁庇护所施工地,还有可载20人的送人车。

运输到“站”的后挂系统内(后挂1号站),衬砌材料(例如喷射混凝土和管片)搬运是使用移动起重机载运材料去拼装点。管片起重机也运载材料到后挂系统防滑系统后面。从那里,材料由水平起重机牵引的小车载运。

同样的起重机小车用来供应材料到常规挖掘的龛壁庇护所和路侧停车带,还有,最后安装现浇衬砌的安装。

进行喷射混凝土衬砌的“consolidaiton L2”机组位于与TBM运行隔开的后挂系统内部。

在尼亚加拉尺寸很重要

对于新建尼亚加拉水电隧道长10.4km,位于尼亚加拉城下方,业主是加拿大安大略发电局的Sir Adam Beck发电厂扩建工程,其后挂系统的挑战多半与其工程规模有关而并非是倾斜度和海拔高度。承包商Strabag公司所选取的是罗宾斯敞开式硬岩TBM 直径14.4m。TBM的速度和直径迫使其采用渣土搬离,设备能力达1500t/h,这样在3年的挖掘中渣石总搬离量达到1.7Mm3 ,所使用的是皮带输送机运行通过105m长的后挂系统到地面。

设计纵坡可变从初始的7.8%下倾到所需标高,此后水平推进实际达7.4km,然后上斜完成7.3%斜度推进。在这些纵坡上,为了要保持推进所需设备规模,于是在后挂系统两侧坡道上施加了巨大的力。

与挖掘同步的地层支护活动也是需要的,因为围岩在现场高应力作用下也会膨胀。对于隧道的一些路段,其地质条件比这还糟糕,需要额外措施,这样后挂系统就起了全面作用。TBM之后的初步岩石支护是随着TBM推进采用一种焊接钢丝网板、钢肋、喷锚组合。接着是离工作面更远一些的现浇混凝土衬砌,其中有防水薄膜防止载运水让地层更为膨胀。

Ernest Gschnitzer Strabag公司的项目经理说,“由于从早期招标阶段开始广泛合作和联合项目发展,才有可能创建一个现代化和高度机械化的物流系统,从而在不顾初步困难条件下,一旦我们通过了500m里程,可达到每天18m以上的推进率。”

在挖掘了793m之后,在岩石支护安装之前,大块Queenstown页岩从隧道顶部开始跌落到敞开式TBM上,有时大刀盘会造成大约3m的超挖。

Strabag公司设计管子打插系统沿着隧道走线从后挂系统使用9m长管子打入形成伞状。通过挖掘困难地层的下一个500m而取得进步。

然后,对已挖掘地层,采取了新的支护方法,对后勤保障提出了较高要求。支护材料有3.4m长的锚杆、自钻(IBO)岩锚、钢带、钢丝网板和钢丝加筋喷射混凝土。标准的方法是要仅仅挖掘半个冲程,剥离任何松散的岩石并安装锚杆。一旦全冲程1.83m完成时,要安装更多锚杆,还有钢丝网板、钢带和一层喷射混凝土。

ROWA朝TBM后部安装了后挂系统,延伸了机械化工作平台,以便帮助上述的即时支护的安装。

Koralm隧道项目的未来挑战

再次与Aker Wirth一起合作,ROWA隧道工程后勤部最近中标一项后挂系统合同是供货给奥地利什迪利亚州和卡林提亚州格拉兹到克拉根福尔特之间的Koral高速铁路连接的长32.5km 的Koralm隧道。未知160m长TBM和其后挂系统详情,但是将与位于该项目20km 长 KAT 2中心路段的两套,直径9.93m伸缩式TBM一起工作,因为10月份即要开始施工。这些将形成两条单轨线隧道。TBM和后挂系统必须通过仅有的出入通道;即Deutschlandberg附近的60m深工作井装配。

估计要挖掘8.5Mt弃土,其中的石块将用来生产估算为1Mm3的混凝土,以便在推进时衬砌。其中包括新奥法的路段和TBM挖掘段。

图2  高架皮带输送机传送的渣土通过Linthal后挂系统(ROWA公司隧道工程后勤部照片)

哥德哈特

来自ROWA的系统供货给其他著名项目,包括2019年通车的瑞士Ceneri 基底隧道851工段罗宾斯309TBM 2008年所使用的一套后挂系统(承包商CMC-Consorzio Monte Ceneri)和哥特哈特基底隧道252路段(Amsteg)的两套TBM后挂系统,以及由Strabag和Muerer-Strabag 组成的AGN合营体挖掘横向通道的设备。这两条隧道都是由北南向跨阿尔比斯山脉,项目业主AlpTransit Gothard 公司开发的。

Ceneri 基底隧道推进是下倾4.8%,直径9.73m,长2.3km。后挂系统设计适用于斜坡的的斜撑系统(raking system)也为支护安装包括岩锚、网板、喷射混凝土的和其它钢构件,如有需要,TBM推进率达到每天26m。

事实上,后挂系统设计为此推进率的2倍,使用的人员最少。

在Ceneri后挂系统所需的额外设备就是振动筛网,分离大于150mm卵石。隧道底部密封工作完全从工作面推进分开。

图3  液压防滑系统和输送机转运点

为了哥德哈特项目Amsteg 252路段,承包商银团 Arge AGN Murer/Strabag 直接从ROWA定购了后挂系统而不是通过TBM供货商,但是,根据ROWA,任何交接界面问题可以无困难地管理得当而且该系统工作完美。承包商是具有现成物流经验的合伙者。

Amsteg路段长11.35km,位于稍微有曲线的走线上,双管直径9.58m,倾斜度4.08%。支护措施,诸如喷射混凝土和底部施工从TBM后挂系统内部进行。用皮带输送机搬离渣土。

材料供应经过后挂系统悬挂式独轨系统进行。这样避免了供应列车和使用点或安装点之间的重复搬运。有了双轨铁路系统,还加上一套独轨供货路线,就有可能继续让底部施工跟着TBM推进而进行。后挂系统也包括喷射混凝土“机器人”,它纵向行走并能通过360度圆弧涂覆喷射混凝土到已挖掘而暴露的地层上去。


译自2012年7月

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