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长江三角洲是中国最具活力的地区之一。这个快速发展的东海岸地区占中国人口的十分之一，经济总量约占中国的四分之一。区域一体化和高质量增长的国家战略正在为该地区的 27 个城市增添新的动力。 因此，当前建设重点是满足人口和商业活动的需求以应对高密度流量。其中，高效的交通基础设施（例如，具有更高容量的超大型高速公路网）变得不可或缺。在此战略构想的指导下，多年来，海瑞克公司约20台直径超过 14 米的超大型掘进机在实现高效公路隧道方面发挥了重要作用。例如，它们既可用于强度高达 113.4 兆帕的芜湖石英砂岩，也可用于上海的沉积土。 超大直径隧道的直径越来越大，这本身就带来了巨大的挑战。海瑞克与三家最忠实的供应商一起，在设计隧道掘进机的阶段，首先关注的是如何应对安装的切割轮扭矩和功率、所需的推力和清除挖掘物能力的指数级增长。项目的具体条件十分复杂，如上海长达 7.47 公里的长距离隧道、江阴复杂的隧道线路与高或浅的覆土混合、长江下游高达 10 巴的高工作面压力、南京和芜湖的磨蚀性土壤混合地层或断层带，这些都增加了隧道挖掘的复杂性。 在这些重达数千吨的庞然大物中，有 24 台是混合式盾构机，它们在穿越过江隧道线路时表现出色。由于隧道面支撑由气垫自动控制，因此可以精确地平衡像南京这样的突发性压力和水量波动，这对于高水压和超大直径隧道的运营至关重要。 2006 年，海瑞克公司在上海长江隧道项目中使用了两台创纪录的硬岩掘进机（直径15.43 米），令全球隧道工程界为之惊叹。从那时起，海瑞克公司就开始逐步进行细致入微的分析和工程设计。因此，海瑞克公司从未停止过对超大型掘进机及其功能的研发，旨在实现在如此尺寸内更安全的作业。特别是，根据 15 年来所积累的项目专业知识，对可接近的切割轮、密封或实时监控系统进行了改进。 中国东部的长江三角洲（长三角）发展迅速，已成为世界上最大的城市地区之一。长三角地区以上海为中心，横跨浙江、江苏和安徽三省，总面积达 35.8 万平方公里。尽管长三角地区仅占中国陆地总面积的 3.7%，但却贡献了中国约四分之一的经济产出。基础设施的扩建也进展迅速。为此，需要穿越众多湖泊和河流。自2005年以来，海瑞克始终为长三角提供超大型隧道掘进技术和服务。 […]

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就在终点线附近，“Coline”号遭遇了令人担心的一刻：在里昂极其严苛的地下条件成功完成 2.4公里地下掘进作业之后，隧道掘进机距离贯通仅剩几米，监测系统显示出了一些意想不到的数值。在控制室内，法国承建商Implenia的团队看到刀盘性能与其预期不一致。他们立即使机器停止运行。按照共同领导设计和生产“Coline”的海瑞克工程师 Frédéric Battistoni 和同事Matthias Schwärzel的说法，停机非常及时。隧道掘进机团队在对刀盘进行检查时发现，许多滚刀磨损严重，随时可能对刀盘造成重大损坏。更换滚刀之后，“Coline”重新开始工作，并成功完成了最后几米的掘进作业。经过约12个月的时间，包括因新冠肺炎疫情 (Covid-19) 造成的数周延迟，可变密度隧道掘进机终于在2021年5月15日成功实现贯通。 “光之城”大型地铁项目 里昂拥有50万人口，是仅次于巴黎和马赛的法国第三大城市。近年来，这个位于罗纳河和索恩河交汇处的大都市发展迅速：连同周边城市，现拥有230万人口，因此扩大当地的公共交通系统是当地政府的首要任务。该项目的一个关键部分是使地铁B线向南延伸2.4公里，即从目前位于乌兰站 (Gare d’Oullins) 的终点站一直延伸到Saint-Genis-Laval/Hôpitaux Sud 综合医院。然而，由于隧道沿线的地质情况，受到业主SYTRAL委托的 承建商Implenia和 Demathieu Bard联合体在建造该新的线路时将面临一些前所未有的挑战。 由花岗岩以及砾石构成的地层 新的隧道段将穿过三个不同的地质区域，其中两个密集地分布于地表之上。首先，乌兰站路段大量旧的建筑对任何振动都非常敏感，而主要挑战还是复杂多变的地层条件。在某些地方，新的隧道必须穿过稳定的花岗岩（岩石强度高达189兆帕），但很长一段隧道还包括一层松散砾石。如果说这还不够具有挑战性，更大的困难是规划人员还怀疑隧道掘进机将不得不与砾石层中的单个孤石或“不稳定块”作斗争。这种地质特征的组合极为罕见，在10年前，如果没有事先进行大量的地上支撑和稳定工作，则没有任何隧道掘进机能够胜任在这种地质中工作。 进入可变密度隧道掘进机 在非均质地层中进行安全的隧道掘进作业正是可变密度隧道掘进机的设计目的。海瑞克于2012年首次推出这项技术，将土压平衡式盾构机和混合式盾构机技术的优势结合在同一机器类型中，以便在极其复杂和多变的地层展开掘进工作。正如Implenia里昂地铁扩建项目经理 Alain Richely回忆的那样，“在招标的第一阶段，我们对现有的隧道掘进机类型进行了比较研究，以确定一种可以应对这种挑战的机器。”答案非常明确：该项目需要可变密度隧道掘进机。Richely指出，“这项技术为各种挑战提供了解决方案，虽然这的确导致机器构成非常复杂，但同时也非常灵活。” 具体的技术挑战 自2012年以来，海瑞克已打造了约25台可变密度隧道掘进机，并将其部署到全球各地。然而，“Coline”是独一无二的，联合项目经理Matthias Schwärzel解释说道：“松散和高渗透性地层导致沉降风险很高，使掘进条件变得困难，同时不稳定块石的存在大大增加了风险水平。”他和他的工程师Frédéric Battistoni以前从未遇到过像里昂这样极端的条件组合。他们必须回答的关键问题是：可变密度隧道掘进机的特殊技术是否能够证明该机器能够在松散、高渗透性地层以及孤石中实施掘进作业。 成功的联合作业 为防止在松散地层进行隧道掘进作业时发生沉降和地表塌陷，保持隧道掌子面的稳定性至关重要。里昂使用的隧道掘进机使用封闭式泥水模式运行，将泥浆悬浮液泵入开挖仓，然后再次与渣土一起排出。由气垫自动控制的泥浆来控制支撑压力。 Matthias Schwärzel解释道： “在松散地层中，悬浮液存在不受控制的泄漏风险，进而可能导致掌子面压力损失。” 为应对这些风险，该团队使用了专为该项目设计的悬浮液以及精确定制的灵活压力管理系统。据Frédéric Battistoni报告，“Implenia花了整整一年的时间开发泥浆悬浮液。”与此同时，海瑞克也已经在制造隧道掘进机 — 并行过程对两位项目经理提出了更多挑战，他们的工作时间极其紧迫。例如，这意味着他们必须反复调整泥浆回路中的罐和泵以适应最终使用的悬浮液。 项目时间表中的里程碑，包括2019年7月客户在施瓦瑙的海瑞克工厂进行了工厂验收，四个月后2019年11月开始隧道掘进工作。调度始终面临着重大压力。但正如 Matthias Schwärzel回忆的那样，“最终，悬浮液工作良好，其中大部分原因源于可变密度隧道掘进机对进入开挖仓的流量实现了灵活调节。”Implenia项目经理 Alain Richely也对隧道掘进机的工作表现赞不绝口：“可变密度隧道掘进机不仅可以处理不同密度的悬浮液，还可以在完全不同的泥浆模式下运行。”隧道掘进过程中，“Coline”在高渗透性地层中使用高密度泥浆模式 (HDSM) 运行，在稳定的花岗岩中则使用低密度泥浆模式 (LDSM) 运行。 “通过整个项目过程，我们了解到相关系统非常擅长监测磨损情况。我们实际遇到的问题是在其他地方产生的。” Frédéric Battistoni,交通隧道项目管理部主管 掌握刀具磨损情况 如果您曾经有过钻入木头却撞到隐藏钉子这种经历，您一定非常了解当隧道掘进机在软土地层掘进时遇到孤石时会发生什么：刀盘面临严重损坏的风险。据Frédéric Battistoni回忆，“当我们为该项目做准备时，我们便考虑到了，机器遇到不稳定块石时可能导致的磨损情况是非常严重的问题。”为了确保团队能够更有效地监测刀盘前方的地层情况，海瑞克为“Coline”配备了一组传感器。四个应用于刀盘表面的液压结构磨损检测器和一个滚刀载荷监测 (DCLM) 系统确保可以监测磨损情况，进而帮助团队优化滚刀维护计划并预测此类潜在损坏事故。结果，这些系统提供的数据在最后掘进工作阶段有效避免了直径9.75米刀盘的损坏。 “这就像喷砂” […]

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“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”。 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 “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。 Grauholz 隧道（伯尔尼） Socatop A86（巴黎） 萨韦尔讷 （de Saverne） 隧道 Eppenberg 隧道 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。 可变密度隧道掘进机工作原理概述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 […]

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距离明斯克以南约两小时的车程，是白俄罗斯Lyuban广阔的Nezhinsky矿山工地。Marcus Winterer进入了竖井罐笼。在过去的两年中，这辆罐笼无数次的将他垂直的送入地下。Winterer是海瑞克公司两台创新型截削式竖井掘进机（SBR）的项目主管之一。这两台高科技巨型设备以创纪录的时间开挖了两个直径8米、深度分别为750米和697米的竖井。当2300千瓦的绞车伴随着清晰的信号启动时，Marcus Winterer开始以每秒8米的速度下降到井筒底部。 海瑞克的专家通过罐笼的窗口看着衬砌好的井壁飞速滑过。“我为我们在这里所做的感到骄傲，”Winterer说，“这对我们及合作伙伴来说都是一个挑战。双方一起取得了革命性的进步。”当他到达井筒底部时，截削式竖井掘进机SBR巨大的截割头正静静的竖立在钾盐矿层上，这还是两年来的第一次。 自2018年项目开工以来，项目主管Winterer一直负责确保多特蒙德Redpath Deilmann GmbH公司的竖井掘进机能够在白俄罗斯工地上不间断地、全天候高性能运行。为此，他对人员进行了培训，与电工和机械师进行了协调，并制定了维护计划。 “新世纪的采矿事业” 从一开始决定采用截削式竖井掘进机SBR建设竖井就注定这是一项开创性的地下施工任务。白俄罗斯矿业公司IOOO Slavkaliy希望开采红色微闪钾盐的深层矿藏。通过这种新方法，该公司想尽快实现开采。这一备受欢迎的产品主要作为肥料用于农业。白俄罗斯生产商预计该矿山每年的产量将达220万吨。为此，需要开采并运走大约700万吨钾盐矿石。 2016年夏天，IOOO Slavkaliy公司的创始人Mikhail Gutseriev和企业家马丁·海瑞克直接在德国施瓦瑙达成协议，双方握手同意合作，使用最新技术来完成这一雄心勃勃的建井任务。具体要求为，海瑞克公司需在12个月内设计并制造两台巨型创新性截削式竖井掘进机SBR，以便使用机械化建井技术开挖深至钾盐矿脉的主副井。Gutseriev先生也公开明确表示他对该项目的期望：“我们的掘进方法代表了具有21世纪水平的采矿业！”话音刚落，就有了实实在在的开拓行动。 圆满完成该项目标志着采矿行业推动创新发展的决心。除了顶尖的机械化竖井掘进技术，积极的团队合作也是成功必不可缺的要素。 2017年7月，总部位于德国多特蒙德的矿业公司Redpath Deilmann（前身为Deilmann Haniel）获得了IOOO Slavkaliy 公司的承建合同，首先要使用海瑞克机械化截削式竖井掘进机SBR开发地下矿藏，随后还将挖掘一条10公里的地下巷道和一个装货仓。   “总的来说，采矿项目不是一项单方活动，它是纯粹的团队合作。团队之间必须保持绝对的互信。” Michael Niermann REDPATH DEILMANN GmbH公司项目施工总经理 持续提升掘进效率 Nezhinsky矿山两个竖井的机械化掘进的工期设定就代表项目的雄心壮志和竖立行业标杆的愿望：与使用传统方法在软岩至中强度岩石地质条件下的施工进度相比，两台截削式竖井掘进机SBR都以两倍的速度到达697米和750米的最终井深。换言之：机械化建井的速度是使用传统钻爆法的两倍。 海瑞克公司的设备技术、Redpath Deilmann公司的竖井施工规划和竖井设计以及项目业主Slavkaliy公司的规范相互作用，没有任何偶然性。 2018年6月和8月，Redpath Deilmann公司在海瑞克位于德国施瓦瑙的总部正式验收了两台组装完毕的巨型机器，它们像塔楼一样高达45米。大约6个月后的2018年12月和2019年1月，截削式竖井掘进机SBR的截割头首次在白俄罗斯的土层中开挖。项目能如此快速在工地启动便是一项了不起的成就。一支由建井施工团队、设备制造商和原材料供应商组成的全新项目联合体要应用一项全新的矿山建设技术，还要在相对短的时间内开始施工，这着实是一个挑战。得益于精心组织的准备工作与计划，竖井施工在创纪录的时间内圆满完成。 2019年4月，2号竖井就掘进至165米的深度。在整个项目中，合作伙伴目标一致通力合作，使得掘进效率不断得到提高。 月进尺高达144米 Redpath Deilmann公司的项目施工总经理Michael Niermann拥有37年的建井经验。他的足迹遍布世界各地的矿建项目。对他来说，这项新技术的优势显而易见：“通常情况下，建井步骤是一个接着一个相继进行的：先钻出爆破孔，然后进行爆破、通风、清理渣土，最后衬砌井壁并进行固定。”他解释说，“使用截削式竖井掘进机SBR，整个过程极其流畅，出渣和衬砌工作是同时进行的。”由于采用了机械化掘进技术，就不再需要使用危险的爆破法施工，同时还可以提高掘进效率。 2020年4月，项目创造纪录。建井施工人员自豪的在社交媒体上宣布，他们在一个月内完成了144米的掘进，最高日进尺达到7.4米。回顾Redpath Deilmann公司132年引以为傲的矿建史，这打破了1938年创下的该公司内部纪录——该内部纪录之所以得以实现，还是由于当时几乎不存在作业安全规章制度。 共享成功让来自白俄罗斯、俄罗斯、乌克兰和德国的施工人员融为一体。Niermann说：“每个人都对这项技术充满热情，动力十足地进行建井作业。我们每天聚在一起，互相激励。最初我们以小时为单位来优化作业，之后是以分钟为单位，最后则以秒计算去缩短工期。” “当机器进入竖井并开始掘进时， 我们的团队变得激情澎湃。 我在职业生涯中还从未有过如此经历。” Jochen Greinacher REDPATH DEILMANN GmbH公司首席执行官 回顾一下传统方法的竖井建设纪录，就可以清楚的看到Nezhinsky项目取得的进展：使用凿岩机与爆破法，每天可以完成1至1.5米的凿井施工。而在白俄罗斯这两个新竖井的平均掘进速度则每天超过3米。1号和2号竖井的建井作业仅在17个月内就完成了。 这种速度在全球范围内是行业首创，同时最大程度保证了竖井建设者的安全。“通常我们每天可掘进1到1.5米。而在这个项目中我们在最后一个月里每天都可以开挖超过5米。”Niermann坚信，截削式竖井掘进机SBR将会在全世界范围内推广和普及。 2020年7月17日，第二台海瑞克截削式竖井掘进机SBR掘进至2号竖井的最终深度697.1米。自建井作业开始以来始终保持零事故记录。当最后一桶渣土被吊到地面那天，Marcus Winterer与业主公司Slavkaliy和承建商Redpath Deilmann公司的同事们一起举行庆祝。现场的竖井建设者们欢呼雀跃，他们参与的项目成为机械化建井史上真正的里程碑。“这个项目从一开始就把我们凝聚在一起。”海瑞克公司专家Winterer在白俄罗斯这一开创性项目即将结束时说，“我们现在将拆卸这两台机器，说实话，还真有些难过。” Redpath Deilmann是一家历史悠久、享誉全球的矿业公司，始终专注于创新。130多年来，该公司作为行业表率，参与了许多开拓性的研发。 […]

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