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Summary

Hyperbaric Tunneling

Summary

  • High groundwater pressure (above 4 bar) makes tunneling much more difficult and requires special knowledge of cutting edge technologies during design and construction.
  • TBM, tunnel equipment and tunneling procedures should be designed to enable reliable application of adequate support pressures at all times during excavation and hyperbaric interventions to counterbalance the acting groundwater head.
  • If adequate primary components and backup systems are not installed on the TBM, major problems including cost overruns and time delays can occur.
  • Tunnel excavation in strong, fine grained cohesive soils and rock under high groundwater pressure is generally not problematic for Slurry- and EPB-TBMs, as typically the face is stable and the amount of inflowing water is low due to low permeability of the ground.
  • In coarse-grained soil or unstable rock, tunnel excavation requires a reliable active face support to provide face stability and prevent excessive lost ground during tunneling and interventions. Suitable active face support is easier to achieve with Slurry-TBMs.
  • Depending on the level of the groundwater pressure, abrasiveness of the ground and the length of the corresponding tunnel sections, the TBM should include provisions for hyperbaric interventions using regular compressed air, mixed gases or saturation diving, depending on pressure level and duration of intervention time expected.
  • Only in very strong, low permeability soils or in competent rock are risks of attempting cutterhead interventions under free air reasonable (if not otherwise restricted), but there should always be provisions available to apply adequate compressed air support or ground treatment if needed.
  • The experience gained in the projects proves that the saturation method is a very successful approach to hyperbaric tunnel constructions. It also shows us that work in compressed air is possible up to 6.5 bar overpressure, but not very efficient.
  • The cooperation between the tunnel construction companies, the manufacturer of the TBM’s, the Herrenknecht AG, the Hyperbaric Medic Dr. Faesecke, the Hyperbaric Training Center, Germany, the Classification Company Germanischer Lloyd, the Design and Manufacture Company Composite Beat Engel and the Nordseetaucher GmbH is very rewarding and productive, and we hope that it can be intensified in future co-operations. The excellent training of the diving personnel, engineers and hyperbaric construction technicians involved in this ground-breaking projects, the continual training and the adaptation of the tunnelling machines to the existing conditions open up a highly promising perspective on the future of tunnel construction: deeper, larger and longer.

概括

  • 大于4 巴压力的高压地下水压力使隧道作业更加困难,对刀具设计和加工技艺也提出更高要 求。
  • 盾构机、隧道设备和隧道作业程序的设计中,其性能之一应该可以提供可靠充足的、且持续 的支撑压力,用以在掘进或进仓是平衡地下水压。
  • 隧道掘进如果是在硬土或岩石中进行,高压地下水对泥水盾构或EPB 盾构都将不会产生大 问题,因为隧道掌子面可以保持稳定,而且土质渗透性低阻住了地下水的渗出。
  • 如果在粗粒土或不稳定岩石层中掘进,则需要可以提供可靠稳定的掌子面支撑保持掌子面稳 定并避免在进仓和掘进中泥土大面积塌方。对于泥水盾构来说,取得稳定的掌子面将会相对 容易一些。
  • 地下水压力大小,土质磨损度打下已经隧道不同地质的长度决定了进仓时的进仓条件,所以 盾构机应该要能满足普通压缩空气作业、混合气体作业或饱和潜水作业,不同方式的潜水作 业选择取决于压力要求和进仓工作时间的长短。
  • 只有在地质条件十分坚硬、渗水度十分低或者强岩层中,才能试图冒险在普通压力下进仓作 业。但是,现场同时也应保证能够在需要时随时提供压缩气体支撑或地面治疗仓救护。
  • 以往的经验已经证实了饱和潜水作业是一种十分成功可行的隧道高压潜水作业,同时,在6 压缩空气下作业的压力可以高达6.5 巴,但此时的工作效率并不十分乐观。
  • 隧道施工和盾构机生产商德国海瑞克公司、高压作业医疗顾问公司DR. FAESECKE,德国 高压训练中心,德国船级检验公司GERMANISCHER LLOYD,设计和生产商COMPOSITE BEAT ENGEL,和北海潜水员公司的之间的合作密切频繁,我们也希望继续加强将来的合作。 我们潜水人员、工程师、高压作业技师在一系列破土工程中获得最佳的训练效果,而持续的 训练以及隧道挖掘机的不断改良给我们提供了一个十分光明的隧道施工未来: 更深、更大、更长。

Resumen

  • La presión del agua subterránea (sobre 4 bar) dificulta la perforación de túneles y requiere conocimientos especiales de tecnologías de corte a la hora de proyectar y construir.
  • Para poder contrarrestar la acción del agua del frente, las tuneladoras, el equipamiento y los procedimientos deberían pensarse para permitir una aplicación fiable de las presiones de soporte durante la exacavación e intervenciones hiperbáricas.
  • Si en la tuneladora no se instalan los componentes básicos adecuados y sistemas de asistencia, se corre el riesgo de que surjan problemas importantes, incluyendo aumento de los costes presupuestados y dilaciones.
  • La excavación de túneles en terrenos fuertes con suelos cohesivos finamente granulosos y roca bajo presión alta del agua subterránea no supone generalmente un problema para las tuneladoras EPB y tuneladoras de lodo, ya que normalmente el frente es estable y la cantidad de agua fluyente es baja debido a la poca permeabilidad del suelo.
  • En suelos granulosos ásperos o rocas inestables, la excavación de túneles requiere un soporte activo en el frente que sea fiable, para darle estabilidad y prevenir la pérdida excesiva de terreno durante la perforación y las intervenciones. Un adecuado soporte del frente es más fácil de conseguir con las tuneladoras de lodo.
  • Dependiendo de la presión del agua subterránea, lo abrasivo del suelo y la longitud de las secciones del túnel, la tuneladora debería incluir abastecimientos para intervenciones hiperbáricas utilizando aire comprimido normal, gases mixtos o saturación, teniendo en cuenta el nivel de la presión y la duración prevista de las intervenciones.
  • El riesgo de intervenciones sin presión bajo condiciones atmosféricas sólo es justificable en suelos muy duros, con baja permeabilidad o rocas estables. No obstante, se deberían tomar las precauciones necesarias para rápidamente poder prestar una adecuada cobertura de aire comprimido o ejecutar mejoras en el terreno.
  • La experiencia conseguida hasta ahora demuestra que el método saturado puede funcionar muy bien en la construcción hiperbárica de túneles y que es posible trabajar en aire comprimido hasta 6,5 bar de sobrepresión, aunque no sea muy eficiente.
  • La cooperación establecida entre las empresas de construcción de túneles, el fabricante de tuneladoras, la empresa Herrenknecht AG, el médico hiperbárico Dr. Faesecke, el Hyperbaric Training Center en Alemania, la empresa de clasificación Germanischer Lloyd, la empresa de diseño y fabricación Composite Beat Engel y Nordseetaucher GmbH es muy productiva y gratificante, y esperamos que se intensificará en futuras cooperaciones. La excelente formación del personal de buceo, ingenieros y técnicos de construcción hiperbárica involucrados en estos proyectos pioneros, así como la formación continuada y la adaptación de las tuneladoras a las condiciones existentes, abren una perspectiva muy prometedora en el futuro de la construcción de túneles: más profundo, más grande y más largo