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美国韦恩堡市污水截流隧道施工挑战及应对措施

来源:TunnelTalk

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发布时间:2021-05-14

【  特大??  】

  

        近日,美国印地安那州韦恩堡市政工程污水截流隧道项目目前面临巨大的施工挑战,该隧道项目长7.5km,内径4.9m,静水压力高达6.5bar,每秒涌水量在0.32-0.63立方米之间。该项目主承包商是Salini Impregilo-Lane联营体。2019年4月,一台直径为5.8m的泥水盾构开始掘进,到目前为止,已在地下61m-73m深处掘进了4.8km。该项目于2021年4月中旬贯通。


        该污水截流项目是联邦政府授权、价值2.4亿美金工程的一部分,建成后将为圣玛丽斯河和莫米河拦截94%的污水(相当于10亿加仑污水),同时减少社区街道和家庭中的污水回流。除了Salini Impregilo-Lane联营体外,韦恩堡市还与Black & Veatch企业签订了隧道设计合同。


        Salini Impregilo-Lane联营体技术经理Francesco Chiappalone表示:“由于该项目涌水量大、水压高,因此选择了一台泥水盾构。虽然白云质灰岩地质不是泥水盾构施工的典型地质,但是泥水盾构的掘进速度符合大家的目标,并且在施工中,能够有效处理涌水问题,因此它是一个不错的选择。”


        此外,在仅有一个始发井的区间,使用泥水盾构有助于排渣。设备首先向西掘进,然后缓慢地转90°的弯之后,向南掘进,最终完成整个隧道项目。Chiappalone表示:“由于渣土是通过泥水循环系统排出去的,因此曲线段的施工难度不是很大。”


        除了水文地质方面的挑战外,盾构机还必须在含有大量白云岩和珊瑚礁型石灰岩地层中进行开挖。Chiappalone表示:“虽然刀盘总体磨损情况不严重,但是在这种地质条件下掘进对贯入速度和掘进速度都有一定的影响,也对刀具造成了一定的冲击损伤。”


        如果需要在排水不畅的区域进行维保,而设备上未安装气闸。但目前尚未遇到排水不畅的区域。


        每两到三周需检查一次刀具状况,每次检查要求设备至少停机一天。这比带压换刀所需的时间要少得多。“在常压下换刀速度更快,所以,大家用这种方法节省了时间和成本,而且使换刀更加安全。”Chiappalone说。


        隧道的衬砌为钢纤维混凝土管片,每块管片厚30cm,宽1.5m,每立方米混凝土配筋量为35.6kg。每环管片由六块管片组成,总重量达20吨。管片由CSI Tunnel Systems-Forterra联营体在俄亥俄州制造,通过卡车运输至现场,并通过履带起重机吊运至管片运输车上。


        该项目的始发井直径10m,深61m,与直径21m,深61m的泵站井相邻。这两条竖井之间的连接隧道采用钻爆法施工,锚杆和钢筋网支护,此段隧道未采用管片衬砌,而是安装了钢管衬砌,在井壁衬砌完工后采用多孔注浆回填。该项目需修建三个大直径竖井,共耗资1.88亿美金。


        该项目的接收井直径为8.8m,最初的设计深度为55m,但是为了减少与开挖始发井和泵站井时出现相似的涌水风险,深度调整为36.5m。在与项目业主沟通后,进一步优化了隧道线路,增加了曲线半径,以减少管片衬砌的应力,使隧道线路更靠近跌水井的位置,减少连接平硐的长度。


        竖井和平硐施工


        该项目的主要竖井由Salini Impregilo-Lane建造,是隧道合同的一部分。Salini Impregilo-Lane建设了深21m的连续墙,然后采用钻爆法开挖,利用锚杆和喷浆支护,最后在设备贯通和平硐建造完成后,安装混凝土衬砌。


        项目还采用盲井法开挖了直径600mm至2.4m不等的跌水井和通风井,并在井内安装了球墨铸铁或玻璃纤维增强聚合物砂浆管衬砌。目前,施工方正在建设跌水井和跌水井的导流构筑物等接近地面的构筑物。


        这些跌水井将通过钻爆法开挖的平硐与主隧道相连,平硐横截面为2.7m×2.7m,长度15m至55m不等。“平硐和排水室最初设计为现浇衬砌,但为了进一步降低涌水带来的项目风险,后重新设计为与跌水井衬砌类似的玻璃纤维管衬砌,”Salini Impregilo-Lane联营体项目经理Lance Waddell称。鉴于该地区的水文地质条件,开挖平硐时需要进行预注浆,并将残留的地下水通过主隧道抽出。


        关于Salini Impregilo-Lane联营体工作范围的最后一项改动是重新分配始发井和泵站井现浇衬砌的安装工作。


        在进行竖井的衬砌施工时,需要在衬砌浇筑的同时或浇筑不久后对衬砌之间和衬砌后面进行接触注浆。在衬砌浇筑到位之前,需要将竖井内和盾构开挖过程中的涌水抽出。“因此,大家不得不对泵进行改良,同时安装更多的泵将涌水排出。”Chiappalone称。


        尽管面临着高静水压力和地下涌水带来的挑战,但项目团队一直在对这些风险进行管控,以确保盾构机顺利掘进。Waddell和Chiappalone对类似工况的项目施工比较有经验,其中,Waddell曾参与过拉斯维加斯米德湖3号引水项目,该项目的静水压力高达15bar,而Chiappalone曾参与过多哈地铁北红线项目,该项目的盾构机和竖井都曾遇到过类似的大流量涌水问题。


        该项目目前正在施工中,预计将在2023年12月前完工,未来几十年中,从韦恩堡排入圣玛丽斯河和莫米河的污水量将有所减少。


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