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中图分类号:TU13 文献标识码:A文章编号:2306-1499-(2014)11-0104-03

芝加哥是世界著名的“风城”,举例说明:早在二十世纪二十年代, 大会就从纽约“刮”到了芝加哥.近几年来,这座城市因为拥有世界上最高的建筑物而名声大噪,1454公尺高的Sears 塔直冲云霄.除了这座高塔,市中心商业区矗立的二十个小尖塔也一样华丽宏伟,这些尖塔的塔顶常常消失在密歇根湖上空的薄雾中.如果这些建筑都没有打动你,那么这座城市新建的排水系统将会给你留下深刻的印象――当然,芝加哥人有足够的理由为这两件东西感到自豪.

芝加哥独特的气候很出名:冬季极度寒冷,夏季又酷热难耐,潮湿难受.一年之中,至少有百分之八十的时候,街道上到处是积水,这些水是融化的积雪所致或来自一场夏天的暴风雨,这座城市的污水处理系统已经不能对付这种“山洪暴发”似的情况.因此,从合流下水道出来的泛滥的水流绕开污水处理厂,废水混合着未经处理的污水从几百个地方直接流入城市排水沟.这种排水流入河流,穿过城市最后流入密歇根湖――城市的饮用水水源.

早在20世纪70年代初期,环境保护局(EPA)下决心改变这种状况,于是提出了蓄洪隧道和地下水库(TARP)的计划.此项系统工程中的隧道可以想像成一个地下水库的网状系统,连接到一个 蓄水库和处理中心.这套系统不是把雨水或污水抽到河或湖中,而是用以截流贮存合流管中的溢流水,然后泵入污水处理厂以后处理.

蓄洪隧道和地下水库工程包括四个部分:6.6英里长的Des Plaines隧道系统(1980年完工,造价6400万美元);36.3英里长的Calumet系统(预计耗资3亿2200万美元);25.8英里长的Des Plaines 隧道(预计耗资1亿9100万美元);以及完工并投入使用的31.2英里的主流系统,造价9亿7400万美元,其中还有9.1英里未完工,预计耗资2亿1700万美元.此外,还有大约26英里的隧道,第二期工程中还要开挖一些直径达35英尺的隧道.二期工程预计耗资达15亿5100万美元.


本文来源:http://www.svfree.net/gongcheng/slgc/386633.html

主流系统包括两个直径为35英尺的隧道.这些隧道采用两台罗宾斯全断面掘进机开挖,完工后将卖给中国.Des Plaines隧道系统南边的支线也将采用两台罗宾斯全断面掘进机开挖,一台的直径为35.33英尺,另一台直径为12.25英尺,主流系统的中部支线正由一台直径为32.25英尺的罗宾斯全断面掘进机开挖.

整个工程分两阶段施工,第一阶段由大芝加哥都市水利用事业局(MWRDGC)负责,目标在于控制污染.包括:收集必要的设备在雨水和污水混合物流入排水沟之前截流;采用垂直竖井把污水输送到不同的蓄洪隧道系统;现有的隧道用于储存混合污水并分流到不同的处理中心.

第二阶段与洪水控制有关,包括蓄洪隧道和地下水库,由工程师团队负责.此阶段工程目的在于收集该地区剩余的暴雨水,以及把三个石灰石采矿场改造成污水储存氧化塘.第二阶段完成Calumet 系统泵站,包括六台泵,其中四台的污水流量达到每台20万gal/m,另外两个每台仅有4万gal/m.这些泵封装在地下365英尺深、206英尺长、65英尺宽、60英尺高的两个水压绝缘泵房里.这些泵系统设计为排空直径35英尺、长36.9英里隧道里的雨水不超过40个小时.

1.总体规划

Des Plaines隧道系统是正在施工的两个系统中的一个.目前Calumet 隧道系统中一份1亿9500万美元合同的工程已经开始;然而,这篇文章主要介绍Des Plaines隧道系统.此系统包括直径为35英尺、长为4.1英里的隧道正由罗宾斯全断面掘进机往南开挖(这是在那个是的使用过的最大型的机器),同时,两个辅助12英尺的支隧道从两个不同地方开挖,一个从东边掘进,另一个从西边掘进.两个辅助隧道均由罗宾斯全断面掘进机开挖.首条支线隧道的开挖工作开始于1990年.

项目名称 总Des Plaines隧道系统(TARP计划的一部分)

地点 美国,伊利诺斯州,城市的北部河边(芝加哥郊区)

业主 大芝加哥都市水利用事业局

承包方 Morriaon-Knudsen JV (95%), Paschen 承包商 (5%)

主要通道 直径为30英尺的衬砌竖井,深2 72英尺

次要通道 4个竖井,14个落水井

主隧道开挖 罗宾斯35.33英尺直径全断面掘进机

支隧道 长14.529英尺,12.25英尺掘进直径,10英尺直径,坡度1:1000

支线隧道开挖 罗宾斯12.25英尺直径全断面掘进机

工期 1988年5月至1993年5月

施工竖井位于Cook County Forest Preserve 所属地区.从此处,隧道随河流线向南掘进,直到河流转了1800弯,而隧道则从第一大道通道巷的下方继续掘进.由于这些通道巷是道路优先权所规定的部分,因此,其下方隧道的许可证不如大都市地区下方与工程有关的隧道的昂贵.

隧道接着一个压缩强度为15000~18000磅/平方英寸不等的白云石(石质)灰岩的连续的、近水平线的基床.隧道坡度为1:1000.在隧道肋中部上方竖井附近可以发现一个特别的粘土层,逐步向顶部移动,然后消失.该层在多个地方起着水管的作用,绝不像其上下的土地那样坚硬,因此也就导致了一些支撑问题,尤其是在接近拱顶的地方.

施工,跌水或进口.

该部分有一个主施工竖井和18个其他竖井.这18个竖井分为两类:允许生活污水汇入主隧道的跌水竖井 (144英寸 钻孔直径,108英寸 完成直径); 进口竖井 (99英寸 钻孔直径,72英寸 完成直径),需要符合MWRDGC规定,表面进口必须沿隧道长度至少每隔4000英尺进行设置.


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所有的跌水和进口竖井都采用Hughes 820钻机从表面进行盲钻.采用一台提供升降的2000cfm压缩机反循环移动钻屑.钻柱包括12系列和15系列碳化钨牙轮钻头,及在钻头上方15英尺处设置的单稳定器.各竖井共同部分采用反向铲和抓铲进行下沉.接着,使用波纹钢管和一个安置在健岩顶的‘启动器-罐’轴环将这些挖方汇集到表面.该启动器-罐是一个可重复使用的钢环,既可用作钻头导向器, 也可以防止表层土被冲走和钻机受到破坏.

竖井钻孔一完成(一天两班倒,平均25天),用预制环进行内衬,环灌浆.脱水后,部分竖井在隧道水平面上方构筑了一个混凝土轴环,预制衬垫在隧道开挖前浇注完成,起永久衬砌作用,在开采期间提供通风竖井.

所有竖井沿隧道线2000和3800英尺不等进行设置.所有跌水竖井都为支管,而进口竖井只有一些是支管.这些支管出现的地方,隧道和跌水/进口竖井底部之间有高达40英尺的岩石,通过钻进和爆破进行移动.合同规范不允许距离超过50英尺进行爆破,正是因为这个原因,作了各种尝试将隧道与竖井对齐.该合同能重新调整这三个隧道以减少这些非爆破区段的影响.所有节省的钱归还给了MWRDGC下的业主.

跌水竖井的底板采用额定强度为13000磅/平方英寸的微硅粉混凝土进行施工.跌水竖井的底部施工,被设计为抵挡自由落下的液体的静水压力.在马丁看来,底板强度100%保险设计,但这是之前工作的一个遗留问题,其中一些不含空气挡板.这些挡板滞留了空气及下落的液体,因此减少了其影响.

工作人员用Pecco升降机至隧道,在35英尺直径,272英尺深施工竖井范围内得到保护.该30英尺直径的竖井由钳工采用落锤操作施工.由于该地区的建筑物多的特性,只能在上午8点到下午6点进行爆破,结果大面的60%左右在早班期间爆破, 坍方清理直到下午1点才进行.小面的钻探接着开始,下午5点进行爆破.该安排允许最终 坍方清理与下一次大面台阶钻进通宵持续进行,如必要,直到早班.竖井下沉率平均7英尺/天.

工作台很先进,所以当到顶部导坑水平线时,在现场浇注一个4英尺的加筋混凝土 轴环.接着,在整个520英尺台阶式开挖之后,照惯例进行260英尺的顶部导坑启动器隧道和260英尺的尾洞的掘进.这样,便允许设置75英尺长的隧道掘进机及其伴随的185英尺长的拖尾备用.接着,灌注竖井底部的泥浆板,用1.5英尺混凝土和钢筋加厚垫内衬竖井.

2.项目开始

该区段隧道采用两台Robbins TBM掘进,分别是一台直径为35.33英尺的Robbins354-253机器及一台直径为12.25英尺 Robbins129-182机器.在1990年11月《隧道与隧道掘进》杂志工作人员参观之时,直径为35英尺的TBM已经掘进了18000英尺,其总掘进长度为21173英尺.该隧道开挖从1989年9月开工,预计在1990年12月的第一周之前完成.

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掘进速度非常之快,有时达到了2500英尺/月,如果不是TBM在掘进到13000英尺之后主轴承出现故障,掘进速度会更快.该事故导致该掘进工程延误了70天.TBM润滑油过滤器中过量的磁性材料是第一个问题点.进一步检查表明大齿轮正处理片状剥落或磨损.在隧道掘进的第一周就发现了这种情况,但之后这种情况在呈逐步减轻,直到不再认为是一个问题为止.

当在例行维护检查中发现176英寸大齿轮的三颗受损齿时,隧道已经开挖了大约12000英尺.经调查,就已意识到轴承已经磨损,166英寸、8吨的主轴承必须更换.然后机器运转还算正常,直到第二个分叉隧道的连接部分贯通,正如Martin解释的:“我们将煤放在上面,看能发生什么.”这就再一次导致过滤器中出现过量金属.

TBM越过富水区又掘进了30英尺,然后才停下来进行了轴承和大齿轮的更换.轴承更换操作的第一步需要在隧道顶3英尺深的箱穴旁爆破一个17英尺大的正方形凹形空地以便容纳新的轴承,然后使用三个12吨的千斤顶将TBM顶进凹形空地.

刀盘重大约175吨,岩锚到隧道掌子面上,且是封闭的,以防止它移动.故障轴承及大齿轮遭破坏使得他们容易被移动.Morrison Knudsen 已经拥有的一个轴承,但由于因为大齿轮的问题,存在一个26周的交付延误.因此必须将San Antonio工作中的TBM借用到Seattle继续工作.这就占据了此次未预见性事故导致10周延误的主要部分.

一旦新轴承安全装入轴承箱内,机器就要移回隧道内,允许将新轴承在机器前面降低.一旦新轴承及大齿轮安装好,机器就要升起至刀盘位置,然后锚固在其背后.更换完成之后,一天实行两班制工作,花费十周时间完成延误的工作,但由于与分叉隧道的连接部分已经贯通,其他工作就可以继续进行了.这样就可以补足一些延误的时间,正如Martin所说:“尽管出现了延误,但该项目好像可以提前6个月完成”.

隧道配备了供给两台TBM专用 1800 KVA变压器的13 200V电压,变压器将电压降压到480V.有12台250hp水冷式电机以250A电流运转,有3000hp的组合切削速度.Martine说:回想起来,没有提升到3900hp是一个遗憾.“我们拥有除渣系统可以处理它,遗憾的是我们没能充分利用它,我们拥有容纳13台电机的箱位,我们可以很容易将300hp所有电机放入箱位中,在推力千斤顶上增加压力,每分钟转速从4.5提升至5.4,这极有希望将平均进度从94英尺/天提高到150英尺/天”.

目前,以3700psi的掘进压力,平均钻进速度为6.6英尺/小时.每个刀盘有65个切刀,他们的直径为17英寸,更换前的工作距离为66英尺.TBM按五天/周,每天三班,每班八小时轮班工作,早班的三小停工期间$

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827;行设备维护.

TBM的推进由位于机器两旁的两排三个液压缸来实现,同时,其操纵是在位于机器尾部的四个活塞帮助下实现.如TBM驾驶员Dennis Jorsch解释那样“我们是通过移动其尾部来操纵机器的前端”.TBM是利用两个抓紧活塞依靠隧道墙支撑其自己,一个位于隧道顶部,一个位于仰拱上8英尺处.

在开挖期间,隧道顶部由4个6英尺.隧道顶部锚杆孔仅钻孔到5英尺深,至少在孔外为钢筋模板预留一英尺锚杆棒.在锚杆安装期间,应增加钢筋网及矿带作为地面条件必备.隧道顶部锚固通过安装在位于TBM刀盘正后方的钻进舷梯上的两台Gardner Denver PR55 架式凿岩机来进行的.

由于挡隧道掘进进一步往南端推进,当Kankakee与Edgewood之间的接触向隧道顶部移动时钢筋网的布置变得更加频繁.Martin解释:“在那些层里面中,有许多粘土及页岩,掉了许多在我们身上”.裸露屋面每6英尺至少要设置4根锚杆.喷混凝土最初只在临近施工竖井的隧道上导坑中采用.然而在轴承及大齿轮更换期间,工作人员要回去并移除所有松散材料并用2英寸厚的喷混凝土密封所有裸露粘土或页岩.跌水竖井的引导段通过位于隧道顶部及边墙2.5英尺中心点上的14英尺树脂演示锚杆进行支撑.

除了主洞外,还有两个分叉隧道,向东那个叉洞全长6600英尺,直径为12英尺,在主竖井南1000英尺分叉,一般采用右旋曲线,同时,向西的叉洞将从更南的3000英尺开始掘进,全长为7600英尺.这个两个分叉隧道都将采用12.25英尺的Robbins机器,在这之前它在Utah的SYAR服役.

3.地质问题

遇到的第一个地质问题发生在一个500英尺的地段,开始于竖井南面7000英尺.该区域用含有软粘土晶体的页岩代替了通常所用的比较坚硬的白云石灰岩.整个区域已经被扰乱,所以沿层面有大量明显的断面,连接处,块状地面和水流.项目咨询地质工程师R J Irish认为这很有可能有一个海底山崩.

隧道掘进机工作到这个点,平均每天掘进125英尺,但已经缩短到每天11-30英尺.工作量的减小并不是因为隧道掘进机的能力问题,而是认为额外的支持措施很有必要,比如把长一些的锚杆安装的间距短一些.地质上的这一改变正是目前合约纠纷的关键,因为地质条件是无法预知的.

隧道该部分有个很有趣的地方在于当机器平均挖掘3700磅/平方英寸(其中仅需要1100磅/平方英寸就可使得隧道掘进机畅通无阻的滑下坡度),有6个推进气

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参考文献:

公路偏压隧道施工技术

隧道工程施工过程的风险管理

长大隧道测量管理

高速公路长大隧道供配电照明施工技术

工程项目合同管理

工程变更对工程造价的影响控制措施

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