隧道建设承压新纪录—LasVegas输水隧道-路桥施工-筑龙路桥市政论坛

标签：隧道建设空箱结构盾构机

摘要：赌城拉斯维加斯的第三个引水口和输水隧道已经投入使用，建设时创造了15巴的承压新纪录。在新纪录的背后，需要克服很多难题，如掘进机的选型，刀盘的维护和更换。

胡佛水坝

胡佛水坝（Hoover Dam，又称Boulder Dam）是一座混凝土拱坝，座跨科罗拉多河，位于美国西南部城市拉斯维加斯东南48公里亚利桑那州与内华达州交界处，为美国最大的水坝并被赞誉为沙漠之钻。大坝形成的水库叫米德（Mead）湖，总库容348.5亿立方米，小编介绍的就是建于米德湖底的Vegas输水隧道，它肩负着拉斯维加斯市几乎所有的供水。

Las Vegas输水隧道

建设目的：米德湖的供水系统原有两个引水口，但是水平面与过去的十年相比下降了大约100英尺，如果水平面再下降50英尺，第一个引水口就失去了作用。这暗示美国最大的饮水水库的供水危机，所以需要在米德湖底建设第三条输水隧道和引水口。

隧道组成：第三条引水系统由竖井，引水隧道和入水口组成。竖井建设在米德湖海岸的岩石上，深大约200米，直径9米。引水隧道建设于竖井的底部，距离水面大约70米左右，通向建设于河床的入水口，长大约4600米，开挖直径7.2米。入水口位于湖底100米深，是一个管状钢结构，高大约30米，直径6米。承建商为Salini-Impregilo联营公司。

施工概况：2011年，直径7.2米的海瑞克隧道掘进机从180米深的竖井始发，在极其恶劣的地质条件下成功完成了4.4千米长的引水隧道工程，于2014年12月，以厘米级的精度贯通至米德湖底部。施工采用的是双模式TBM，承受了高达15巴的湖水压力，刷新了世界纪录。在掘进过程中，40％的地段采用的是敞开模式（硬岩），约60％地段采用封闭的泥水平衡模式，引水隧道穿过的地层包括硬岩与砾石交替地层，以及含次生矿物和米德湖水的断裂带。

施工中的挑战—15巴压强

盾构机每下挖10米，承受的水压就增加1巴。隧道挖掘过程中盾构机承受的最大水压达到了15巴，以前的记录是2013年竣工的瑞典哥德堡和马尔默之间的哈兰扎森铁路隧道，达到了11巴。

苛刻的地质和水文条件为承建商Salini-Impregilo联营公司带来真正挑战。掘进过程不得不因为部件更换而多次中止。米德湖底的研磨性岩石使滚刀和刀盘部件受到磨损。同样，轴承密封也严重受高压影响，需要翻新。

方案1：增加钢结构以及采用更厚的盾体。可是无论如何，在15巴的水压下，每平方厘米的盾体需承受15千克的负荷——当总长为16米、直径逾7米之时，就汇成了巨大的压力。

方案2：在主轴承和盾尾等处安装坚固的密封件。此外，在极端压力条件之下，还需保障仍能执行换刀等常规作业和计划外的维护作业。

采取：承建商Salini-Impregilo联营公司决定使用一台海瑞克多模式TBM。在良好、稳定的地层中，盾构机采用所谓的敞开模式工作。在该模式中，采用机械方式从工作区运走由刀盘滚刀破碎成手掌大小的小块岩石。这方法既快捷又有效。机器效率很高：每分钟可掘进4至5厘米。有时周进度甚至达到100多米。

超大压强下的换刀方案：当隧道掘进机直径为10米或以上时，刀盘幅臂可采取可进入式的空箱结构。工作人员可在大气压下进入幅臂，从刀盘后方区域相对容易地更换已磨损或有损坏的刀具。

可进入式刀盘幅臂

因空间限制，直径小于10米的隧道掘进机无法设计成可进入式的刀盘幅臂——如在米德湖项目中。不可能实现常压换刀。此种情况下，仅能在“安全区”执行换刀或保养作业。

备选方案：在最坏的情况下，只能采用备选方案：潜水员进入隧道掘进机压力区作业。在最高压力达到15巴时，可以采用饱和潜水。潜水越深、越久，回到水面所需的时间就越长。问题就在于他所呼吸的气体。气体溶解在体液中，并存储在组织内，直到身体饱和。如果快速潜出，则气体，尤其是在血液中的气体将排出过快。如同打开摇晃后的汽水瓶一样。可能会导致气体栓塞、神经或组织损伤，具有致命性后果。因此，潜水员需要随着缓慢降低的压力通过呼吸释放所吸收的气体--这是一个持续过程。如此一来，对于一次200米深的潜水作业，其减压时间可达7天。