“我们的机器可在高度多样化的地质和水文地质条件下正常运行”。
Matthias Schwärzel
曾作为海瑞克交通隧道项目管理部部门经理并管理过多个隧道项目的 Matthias Schwärzel 表示，“这些条件给业主、规划师和承建商带来了巨大挑战，每个项目遇到的困难都不尽相同。我们与客户密切合作，为每个建设项目量身定制隧道掘进方法，进而针对各种地形优化隧道掘进作业。我们经常不得不设计新的解决方案，但这也有助于推动技术进步。”
根据地质情况，以下机器用于在软土、不稳定地层中进行隧道掘进作业：
- 土压平衡式盾构机
- 混合式盾构机
- 多模式隧道掘进机
新的可变密度技术结合了以上不同机器类型的技术，应用于特别苛刻的地质条件。
土压平衡式盾构机和混合式盾构机
土压平衡式盾构机是具备粘土或淤泥含量较高，透水性低等特点的柔软、粘性土壤的首选系统。刀盘开挖下的渣土在隧道掌子面作为支撑介质。螺旋输送机负责移除开挖下的渣土，同时调节支撑压力。有针对性地注入水、膨润土或泡沫剂等土壤改良剂，可提高隧道掘进过程中的灵活性。
土压平衡式盾构机
应用范围广阔的快速隧道掘进技术地质状况：软土，低渗透性软土地层（粘土、淤泥、粘砂土）
直径：1.7–16米
混合式盾构机则应用于较为粗糙、非粘性的含水土壤。通过与泥水分离设备相连的泥浆回路管道从开挖仓中排出渣土。支撑压力由自动控制的气垫精确调节。因此，即使开挖直径极大，混合式盾构机也能够安全地应对非均质地质和15巴以上的高水压。
混合式盾构机
非均质地层中的安全隧道掘进技术地质状况：非均质地层（砂、砾石、高透水性和高水压）
直径：3.7–19米
机器类型的应用范围取决于土壤条件
土压平衡式盾构机
用于粘性土壤中的掘进作业
混合式盾构机
用于地下水压较高、非粘性、非均质地层中的隧道掘进作业
可变密度隧道掘进机
用于粗颗粒和透水地层中的掘进作业，例如中粗砾石以及裂隙多岩溶化的地层
高密度泥浆 (HDSM) 模式
泥水模式/土压模式转换
“这是非常专业的
市场定位”
交通隧道项目管理部部门经理
Matthias Schwärzel 说道。
从多模式隧道掘进机到可变密度隧道掘进机
近年来，技术的进步开拓了隧道掘进机的应用范围，使其比传统盾构机的应用范围更广泛。Schwärzel说，“如果隧道路线中的地层条件变化较大，使用某种特定技术的机器，其技术和/或经济限制可能无法满足施工要求，”“比如隧道穿越的地层成分和特性差异很大，区间地层中高粘性、粘性土壤和粗糙土壤交替出现，甚至是从不稳定岩层变为稳定岩层。”
正是针对这种在隧道施工中最具挑战性的路线，海瑞克工程师设计了多模式隧道掘进机。这些机器结合了敞开式硬岩掘进机、土压平衡式盾构机和混合式盾构机的支撑和掘进技术，可在各种不同模式下作业。根据地质条件要求，它们可以在隧道中从一种模式转换为另一种模式，例如从土压平衡模式转换为气垫式泥水模式。这意味着，单个多模式隧道掘进机可以用于隧道的两个不同区段，而之前则需要两种不同类型的机器。
海瑞克的可变密度隧道掘进机是机械化隧道掘进技术发展的重要进步。其设计将土压平衡式盾构机和混合式盾构机的优点结合在一台机器中。一台拥有完整配置的可变密度隧道掘进机可以在四种不同的掘进模式之间灵活切换，无需进行任何重大改造。
这项全球独一无二的技术有着广泛的应用，并且在以前不可能进行隧道掘进的异常复杂的条件下也证明了自己的价值。Matthias Schwärzel说： “正如针对这些机器的强劲需求所展示的那样，这是一个非常专业、具有巨大潜力的细分市场。”过去十年中，可变密度隧道掘进机已在约15个项目中成功应用。并且已经达到了下一个里程碑。
实现最佳效果的泥浆环路
在土压平衡模式和泥水平衡两种掌子面支撑模式，可变密度隧道掘进机使用螺旋输送机从加压开挖仓中排放渣土。基于当前模式，通过螺旋输送机的速度和掘进速度来控制支撑压力，也可以用由气垫自动控制的泥浆来控制支撑压力。在土压平衡模式下，螺旋输送机将渣土倾倒至皮带输送机，再由皮带输送机将其运走。在泥水模式下，在螺旋输送机的末端加装一个泥浆箱，以实现在泥水环路的基础上使用隧道掘进机。
泥水环路从泥浆箱开始，后者是直接连接到螺旋输送机的超大水箱。在此添加常规的膨润土悬浮液或高密度悬浮液可使渣土具备适合泥水环路的最佳稠度。然后将泥浆泵送至连接的泥水分离设备。固体颗粒在此清除，之后经过清洁的泥浆悬浮液返回开挖仓，通过支撑隧道掌子面实现安全的隧道掘进作业。
“这一过程可安全有效地挖掘特别粗糙和具有渗透性的土壤结构，例如中粗砾石粒度分布、裂隙较多和岩溶地层等，”Schwärzel解释道。这其中包括例如里昂地铁项目遇到的高渗透性砾石层，这是隧道建设技术的里程碑。另一例子是沿隧道路线发现岩溶结构或溶洞，甚至可能还有极浅的覆土层，这意味着它们与地表之间的距离很短。“在这些情况下，若支撑液的密度不适合当前的地下条件，便很容易在隧道掘进过程中发生泄漏，最坏情况下会在高压下喷出地表，造成范围广泛的破坏。泥水环路机制将有效防止这种情况。”
从吉隆坡到珀斯
马来西亚吉隆坡兴建的新巴生谷捷运系统 (Klang Valley Mass Rapid Transit MRT) 项目是城市发展中的掘进规则的颠覆者。该重大项目正在为吉隆坡市区超过800万居民提供更高效、更加可持续的公共交通方式。第一期工程是从双溪毛糯到加影的51公里“蓝线”。其中大约20公里的线路穿过具有大量地下夹杂物的喀斯特石灰岩。为了在这些颇具挑战性的地下条件中实现安全隧道掘进，2013年至2015年间，在近11.4公里的隧道中使用了两台海瑞克土压平衡式盾构机和六台海瑞克可变密度隧道掘进机。这是可变密度隧道掘进机首次投入使用。两年的建设期间，这些机器成功证明能够胜任这项任务，为当前在极具挑战性的不稳定岩石掘进等相关项目铺平了道路。
2016年，香港地铁网络的沙田至中环线 (SCL) 延伸段使用了可变密度隧道掘进机。该项目旨在填补香港地铁的战略空白，是当时有史以来最为重要和最具挑战性的城市隧道建设项目之一。由于地质条件复杂，某些地方的覆土层不超过6米，因此在海岸线附近进行掘进作业非常棘手。然而，在可变密度隧道掘进机的帮助下，该路段的隧道掘进工作没有受到任何不利影响。该线路的建设于2017年11月顺利完成。
“Grace”终于在2020年2月实现贯通。“Grace”和“Sandy”是海瑞克中国广州工厂建造的两台可变密度隧道掘进机，它们在澳大利亚珀斯下方的佛莱斯菲尔德 (Forrestfield) 和贝斯沃特 (Bayswater) 之间的非均质地层下执行掘进作业。由 Salini Impregilo – NRW联合体建造的两条隧道形成了佛莱斯菲尔德－机场线 (Forrestfield-Airport Link)，成功将珀斯东郊国际机场与市中心连接起来。到2030年，预计珀斯人口将从200万增加到320万，新的地铁连接有助于可持续地满足该市不断增长的基础设施需求。它将前往市中心的旅程时间缩短至仅20分钟，而开车则需要45分钟。
