小编语：美国德州Mill Creek排水隧道工程中直径11.6m的罗宾斯“变径”硬岩TBM始发已经一年有余，这台全美施工中最大直径的硬岩TBM需要中途在掘进的隧道内将刀盘直径变换为9.9m，单机完成两种不同直径的隧道掘进。
截止今年夏季，工程的施工进展如何？TBM如何进行直径变换，又遭遇了哪些挑战？小编带您一探究竟！
快速回顾
美国德州Mill Creek排水隧道全长8km，上游5.2km段（峰值流速424 m³/s）为圆形断面，而下游2.8km（峰值流速565m³/s）则为马蹄形断面。
马蹄形断面原计划采用TBM开挖+凿岩机扩径方案，但该方案成本高昂、工期冗长，还需要两套模板分别浇筑圆形与马蹄形断面的衬砌。
有鉴于此，施工团队创新采用一台"变径”TBM，在掘进过程中将刀盘直径从11.6m转换至9.9m，单机完成整条隧道掘进。
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始发与掘进
TBM名为“Big Tex”，正应了德州当地的俗语：“德克萨斯什么都大”(Everything is bigger in Texas)，成为目前美国运作中最大直径的硬岩TBM。
TBM始发
TBM于2019年12月下线，工程中直径14m，深37m的始发井也开挖完毕。在TBM进行组装测试的同时，直径12m、长76m的始发隧道完成开挖，随后TBM使用650t起重机分块吊运至井内，进行刀盘支架、前后主轴承和刀盘的安装；之后，利用始发隧道内的顶伸系统使机头向前滑动，继续安装TBM剩余的车架等部件。
最终，TBM于 2020 年 4 月 24 日以11.6m的刀盘直径顺利始发，率先掘进下游2.8km隧道。
TBM掘进
截止今年6月，TBM已在31m至46m深度下的奥斯汀白垩层（UCS岩体强度12-30MPa）中掘进了超过2800m，最高日掘进距离43m。
由于隧道沿线地层中包含有害气体，因此TBM掘进过程中进行了多次超前钻探；掘进后的隧道每1.5m打设8根长4.2m的硬岩螺栓，按需添加钢丝网与槽钢加固，后续施作厚度380mm的现浇混凝土衬砌。
TBM刀具磨损情况好于预期，但该地层沾水后会变得极富粘性，因此掘进中需要保持地层的干燥，因而带来了严重的扬尘问题，施工方只能在掘进中不断调整通风系统以控制扬尘。
变径过程
今年1月，TBM完成了下游外径11.6m，长2.8km的下游隧道，开始进行直径变换。这样在隧道而非竖井内进行TBM直径变换的工程尚属世界首例。
步骤1：进入刀盘
隧道沿线设有五个跌水井与侧向隧道，变径区位于隧道侧向隧道A的位置：这是一条使用挖机建成的直径6m、长90m的马蹄形隧道，与深52m，直径6m的跌水井A相连。
施工方在侧向隧道A附近开挖了一个中继间，清出了一片长21m的施工区，安装顶部支护后，将TBM倒退一段距离来到中继间的开口位置，随后在侧向隧道内开始拆卸刀盘部件。
实际施工时，侧向隧道A进行了少量超挖，确保施工人员来到刀盘前。为了应对转换施工区内的风化地层，施工方对地层支护进行了方案变更，在隧道顶部安装了一个顶棚，对隧道结构进行了加固。TBM后退了1.5-1.8m后，工人顺利来到刀盘位置。
步骤2：刀盘拆卸
整个刀盘由中央的方形块、上下左右四个边缘块以及连接边缘块的四个连接块组成。拆卸时，刀盘上的边缘块与连接块分别拆下，从侧向隧道内运至跌水井后吊出，其中边缘块在制造车间内割除多余部分后再次运至井内，与中央方形块重新拼合并固定，形成9.9m直径刀盘。
刀盘部件拆卸后，盾壳的拆卸也同步进行，由于隧道内空间有限，只能切割成小块后运出。
步骤3：位置调整
由于小直径隧道需要与大直径隧道保持同圆心，因此刀盘部件在车间进行改制的同时，施工人员使用千斤顶将TBM机头与车架抬高了75cm，以匹配新隧道的标高，并安装了小直径的盾壳。
步骤4：重新掘进
完成上述步骤并重新装好新的刀盘后，TBM缓慢地向前推进了1.2m至1.5m，并将之前安装的施工支护顶棚拆除；
之后又进行6m至9m掘进，施工人员对TBM的后部支撑进行了调整，车架在进入小直径隧道后拆除了原先用于抬高的结构。在小直径隧道内掘进90m至120m后将安装新的皮带输送系统。
结语：最终，整个变径过程耗时4个月。目前，TBM已经开始掘进剩余5180m上游隧道，地质与之前的下游隧道类似，预计将于2024年完工。
隧道网编辑郭德元整理自网络