РЕЗЮМЕ

Проект «Очистка» столичного водного округа Сент-Луиса представляет собой 28-летнюю программу, направленную на улучшение качества воды и пропускной способности сточных вод в Сент-Луисе, штат Миссури. Обширная программа включает в себя несколько туннелей, в том числе туннель Deer Creek длиной 6,3 км, который пробуривается с помощью самой большой ТБМ, когда-либо использовавшейся в районе Сент-Луиса (6,5 м в диаметре). В другом туннеле, Jefferson Barracks, используются компоненты ТБМ, которые с 1981 года пробурили более 40 км туннеля.
В этом документе будут проанализированы ТБМ по этому проекту, поскольку они бурят известняк и сланец, и обсуждается важность проекта для столичного района Сент-Луиса.

ВВЕДЕНИЕ

Стареющая инфраструктура является проблемой первостепенной важности в США, но один город борется с ней с помощью плана на века. В течение поколения схема, известная как MSD Project Clear для столичного водного округа Сент-Луиса, будет нацелена на проблемы качества воды и сточных вод в Сент-Луисе, штат Миссури, и прилегающих районах. Первоначально планировалось, что программа стоимостью 5 миллиардов долларов США займет 23 года, но теперь это 28-летняя программа с еще пятью годами для выполнения дополнительной работы. Обширная программа включает в себя несколько туннелей, в том числе Дир-Крик, туннель длиной 6,3 км (3,9 мили), который пробуривается с помощью самой большой ТБМ, когда-либо использовавшейся в районе Сент-Луиса (6,5 м / 21,5 фута в диаметре). В другом туннеле, Jefferson Barracks, используется ТБМ, запущенная из шахты одного из самых больших диаметров, когда-либо построенных в США (27 м / 88 футов в диаметре). Оба проекта, реализуемые SAK Construction (SAK), подрядчиком по прокладке туннелей и ремонту трубопроводов из О’Фаллона, штат Миссури, являются критически важными компонентами системы очистки сточных вод в этом районе.

MSD Project Clear включает в себя больше, чем просто подземные работы — инициатива включает в себя планирование, проектирование и строительство общественных дождевых зон, а также усовершенствование системы и амбициозную программу технического обслуживания и ремонта, все началось в 2012 году. хранилище на северной окраине Сент-Луиса является важной частью подземного плана, который планируется завершить к концу 2020 года. Подземное сооружение состоит из туннеля длиной 820 м (2700 футов) и диаметром 8,5 м (28 футов), а также построен САК. Малин-Крик поможет в сырую погоду, служа хранилищем во время сильных дождей. Это поможет хранить воду, чтобы система не была перегружена, и удерживать этот перелив, пока он не попадет на очистные сооружения Бисселл-Пойнт. При этом сооружение также уменьшит объем сброса в Малин-Крик, небольшой приток Миссисипи (см. рис. 1).

Туннель Дир-Крик, который простирается от города Клейтон вдоль межштатной автомагистрали 44 до города Шрусбери за пределами собственно Сент-Луиса, имеет еще одну функцию - уменьшить резервирование подвала, а также переполнение канализационных стоков. «Санитарный туннель Дир-Крик — это транспортный туннель, который увеличит пропускную способность всей системы. Туннель также может временно хранить воду, чтобы система не перегружалась», — сказал Хэдли. Туннель глубиной от 45 до 76 м (от 150 до 250 футов) в известняковой и сланцевой породе имеет внутренний диаметр примерно 5,8 м (19 футов). Строительство тоннеля и вспомогательных сооружений планируется завершить в конце 2022 года (см. рис. 2).

Казармы Джефферсона — еще один компонент плана. Длина 5400 м (17 800 футов), внутренний диаметр 2 м (7 футов). Туннель проходит параллельно реке Миссисипи и доходит до станции очистки сточных вод Лемей, расположенной в месте слияния рек Перес и Миссисипи. Зона обслуживания туннеля казарм Джефферсона в настоящее время перекачивает и собирает сточные воды через ряд насосных станций, водопроводных сетей, канализационных коллекторов и комбинированных коллекторов, которые легко перегружаются во время проливных дождей. Туннель глубиной от 36 до 67 м (от 120 до 220 футов), а также новые комбинированные коллекторы и новая насосная станция решат большую часть проблемы. Глубокий тоннель также позволит MSD ликвидировать две промежуточные насосные станции и заменить существующий магистральный коллектор. Ожидается, что тоннель будет завершен в конце 2020 года (см. рис. 3).

Рисунок. Профиль ТБМ Deer Creek

Казармы Джефферсона

TBM Jefferson Barracks, несмотря на небольшой диаметр, имеет богатую историю. TBM, принадлежащий SAK, был модернизирован с диаметра 3,43 м (11,25 футов) до диаметра 3,35 м (11,0 футов) и оснащен 27 фрезами диаметром 17 дюймов и электродвигателями мощностью 900 кВт (1200 л.с.). Команда SAK также изготовила специальные буровые платформы для небольшой машины. Компоненты TBM состоят из двух машин-ветеранов — одна из них — «Chelsea the Chomper», TBM Robbins, использовавшаяся в Lemay Redundant Force Main в 2014 году, также являющаяся частью проекта MSD Clear в Сент-Луисе. Этот проект стал 12-м туннелем машины, в результате чего за ее долгую карьеру было пробурено более 40 км (25 миль) туннеля.

Первоначально построенный Роббинсом в 1981 году для гидроэлектростанции в Австрии, TBM проложил несколько тоннелей в Европе и Центральной Америке. Машина провела несколько лет в Коста-Рике, пробурив более 8 км (5 миль) в гидроэлектростанции Эль-Энканто, прежде чем была куплена и отправлена ??в США. Она также использовалась на коротком туннеле ливневой канализации в Сент-Луисе до Резервная силовая магистраль Lemay. Затем ТБМ был отремонтирован и запущен в феврале 2014 года для бурения туннеля Лемей длиной 945 м (3100 футов) и успешно пробурен в мае 2014 года.

Компоненты другой ТБМ Роббинс с главной балкой также использовались на машине — машины, известной как «Мисс Коллин», которая совсем недавно использовалась в водном туннеле Би-Каунти в Балтиморе. Машина диаметром 3,0 м (9,8 фута) была одной из самых долгоживущих ТБМ в мире. В период с 1973 по 2011 год он использовался по крайней мере в десяти различных проектах, в общей сложности не менее 50 км (31 мили) тоннелей из твердых пород (см. Рис. 5-7).

Рисунок. «Мисс Коллин», ТБМ с главной балкой для водного туннеля Би-Каунти.

ПРОЦЕСС РАСПОЛОСА Дир-Крик ТБМ Роббинс с главной балкой диаметром 6,5 м (21,3 фута) в туннеле Дир-Крик начал свой путь со стартовой шахты глубиной 52 м (170 футов) и диаметром 13 м (42 фута), построенной с использованием методов буровзрывных работ. Подрядчик SAK использовал 117-метровый (385 футов) начальный туннель и 15-метровый (50 футов) хвостовой туннель, также выработанный традиционным способом, для запуска машин в нижней части ствола. Машина была запущена в феврале 2019 года, и с тех пор она извлекла более 4600 м (футов) известняка и сланцевой породы при UCS 103 МПа (15 000 фунтов на кв. дюйм) (см. рис. 8).

Бригады зондируют бурение на расстоянии 60 м (200 футов) перед ТБМ в течение каждой из двух ежедневных 10-часовых смен для проверки грунтовых вод. Было обнаружено очень мало подземных вод, хотя GBR показывает, что подземные воды возможны. Большая часть туннеля была в скале типа I, и для подходящего грунта требуется минимальная поддержка, состоящая из пяти анкерных болтов длиной 2,4 м (8 футов) и проволочной сетки. По состоянию на октябрь 2019 года туннель готов более чем на 60 процентов.
За ТБМ движется конвейерная система непрерывного действия Robbins — хороший способ минимизировать время простоя по сравнению с карьерными самосвалами, особенно по мере увеличения длины туннеля. Система состоит из установленного сбоку конвейера в тоннеле, а также вертикального конвейера для доставки навоза на поверхность и конвейера-укладчика для временного хранения навоза на площадке (см. Рисунок 9).

После завершения раскопок туннель будет облицован 5,8 м (19 футов) внутренним диаметром. бетонный вкладыш. Затем бригады будут работать над соединением серии из 10 стволов, расположенных на расстоянии от 30 до 550 м (от 100 до 1800 футов) от выравнивания туннеля с буровзрывными штольнями. В шахты в конечном итоге будут поступать сточные воды из существующих в этом районе канализационных сетей.
Казармы Джефферсона Работы в казармах Джефферсона начались в апреле 2018 года со пусковой шахты большого диаметра на месте будущей насосной станции, построенной в условиях карстового известняка с грунтовыми водами. Перед земляными работами было выполнено цементирование, чтобы ограничить возможность больших потоков грунтовых вод в ствол.
Строительство шахты включало секущую свайную стенку, уходящую в коренную породу, а экскаватор удалял вскрышные породы. Выемка вскрышных пород началась в конце апреля 2018 года с использованием гусеничного экскаватора. Буровзрывные методы использовались для разрушения подстилающей породы на куски, достаточно мелкие, чтобы их можно было удалить экскаватором, а также ковшами и краном. Шахта диаметром 27 м (88 футов) и глубиной 50 м (166 футов) была завершена в октябре 2018 года, за ней последовал начальный туннель, также пройденный буровзрывными работами, для ТБМ главной балки Роббина, которая будет бурить казармы Джефферсона. туннель. Прокладка тоннелей началась 31 октября 2018 г. (см. рис. 10).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Реализуя многие из своих крупных проектов, компания MSD намерена не отставать от своей 28-летней цели по улучшению качества воды. ТБМ являются важным компонентом этих подземных работ, и восстановленные ТБМ оказались экономически эффективным решением. Использование испытанных и проверенных компонентов машин при реконструкции не является чем-то новым — по крайней мере, 50% проектов Роббинса в данном году используют восстановленные машины — но легендарная родословная компонентов в Сент-Луисе заслуживает внимания. Именно по этим причинам прочная стальная конструкция и большое отношение подшипника к диаметру являются ключевыми, поскольку они связаны с более длительным сроком службы оборудования. Известно, что при хорошем техническом обслуживании ТБМ пробуривают 50 км (31 милю) и более, а некоторые ТБМ до сих пор используются во всем мире и находятся в эксплуатации почти шесть десятилетий. По мере развития проекта MSD Project Clear работа с общественностью по-прежнему имеет решающее значение для обеспечения поддержки в сообществе. Сотрудники MSD Project Clear проводят регулярные открытые встречи, на которых они ежеквартально сообщают новости о туннелировании и последние сроки проекта. Всякий раз, когда требуются буровзрывные работы, общественность и местные власти уведомляются об этом. Другие виды информационно-разъяснительной работы включают встречи с заинтересованными сторонами с другими местными коммунальными службами, транспортными агентствами, экологическими группами и любыми другими организациями, которые могут быть затронуты или заинтересованы в Project Clear.

Project Clear получил положительную поддержку, используя свою коммуникационную модель, с общей целью, чтобы общественность минимально пострадала от строительных работ, но была уверена в том, что система водоснабжения обслуживается и стареющая инфраструктура улучшается. С внедрением Project Clear сообщество не увидит негативных последствий во время проливных дождей, таких как наводнения и подпоры на улицах.