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全方位 第4期

连接欧亚大陆

真正的团队合作和海瑞克先进技术
使海峡之下的欧亚隧道圆满完成。

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 最新技术应用于博斯普鲁斯海峡之下 

终极隧道掘进

150年前的梦想——如今成为现实。
一条隧道,在海底100米深处连接两个大洲。专业的施工团队和卓越的掘进设备在伊斯坦布尔联手谱写历史诗章,打造隧道建设的先锋之作。

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 最新技术应用于博斯普鲁斯海峡之下 

终极隧道掘进

伊斯坦布尔正在书写一段隧道掘进史。
历时约16个月,承建商土耳其和南韩的联营公司使用海瑞克公司的隧道掘进机在博斯普鲁斯海峡下面修建了一条隧道。这项史无前例的伟大工程集各种复杂的挑战于一身,包括其作业压力高达11巴,这让整个施工团队日夜都屏气凝息,丝毫不敢松懈。

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这是一个梦想,一个只有帝王才配拥有的梦想--在博斯普鲁斯海峡之下建设一条隧道,横跨欧亚大陆。1861年,奥斯曼帝国统治者阿卜杜勒·迈吉德(Abdülmecid)提出了一个大胆的设想,那就是直接在海峡下面挖通隧道,打开伊斯坦布尔境内缺失的那段丝绸之路。1891年,苏丹阿卜杜勒-哈米德二世(Abdülhamid II)下令进行可行性研究。结果却是:此方案不可行。很显然,统治者们的想法已经超越了他们那个时代。


 苏丹之梦 

这个梦想却在近150年后变成现实。一台巨大的隧道掘进机成功打通"欧亚隧道",贯穿了博斯普鲁斯海峡之下。这项当初令苏丹许多专家都无从下手的工程即便在如今看来,绝对也代表着行业中最领先的技术。"十五年前我还认为这是不可能实现的",承建商YMSK联营公司(Yapı Merkezi and SK Engineering & Construction)的盾构施工经理Gert Wittneben欣喜地说道。这位做了几十年专家,并且依旧充满激情的隧道施工专家在早年就参与修建了汉堡易北河第四隧道工程。那项世纪之交的伟大工程也启发了人类对于可行性界限的重新思考。"那个时候我们只能应对5.5巴的压力。如今,我们却在伊斯坦布尔成功攻克了11巴的压力。在最短的时间内不断突破极限,这给我们都留下了深刻的印象。"Wittneben如是说。自开工伊始,整个隧道掘进界便向这个 "标杆工程"投以关注的眼光,即便是最富经验的隧道专家,也不得不由衷地敬佩。

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“十五年前,我还认为这是不可能实现的。”

Gert Wittneben,承建商YMSK Joint Venture 联营公司 盾构施工经理


 

上图:这台直径为13.66米的混合式盾构机专为伊斯坦布尔隧道工程度身定做。

下图:这是一条连通亚欧大陆的隧道。每天往返于亚欧大陆之间的车流量将高达十万辆次。

 连通欧亚大陆的隧道 

即便工程与当初苏丹的设想已经相隔150年,这仍然是一项超级工程。在建隧道总长5.4公里,其中有3.4公里的隧道位于博斯普鲁斯海峡的下方。为了不妨碍航道交通,隧道采用机械式挖掘的方式。这项隧道修建工程使用海瑞克公司专门设计的一款隧道掘进机,2014年4月,这台掘进机在亚洲段始发井开始了它的掘进使命。这台混合式盾构机沿着5%的坡度,自上而下在不同的岩石以及软土地层掘进,直达水平面下方106米的深度,而后慢慢向上掘进,到达欧洲大陆。

掘进线路的最低点承受着约11巴的水压:相当于大气压的十一倍。加上隧道掘进机直径达13.66米——相当于三层楼的高度——这样的工程难度让人们踏入了全新的技术领域。在此之前,在如此高压下采用机械化隧道掘进技术修建如此大型的隧道,还从没有过先例。

在伊斯坦布尔海底隧道项目中,隧道沿线的最低点达到了水平面下方100多米。


 

上图:土耳其Yapı Merkezi建造公司董事会主席Başar Arıoğlu将欧亚隧道看作是自己目前建造工程作品中的巅峰之作。

下图:安全至上:在最大程度保障全体工作人员和机器安全的前提下,隧道掘进机高度自动化的掘进一步到位将隧道的主体结构完成。

 精诚合作 

"就快要打通的前一刻,对于我来说简直就像是一场梦,而现在梦真的实现了",Başar Arıoğlu如是说。他48岁,是土耳其建造公司(Yapı Merkezi Construction and Industry Inc.)的董事会主席,该公司于2008年承接了这一项目,并与韩国SK工程建造有限公司(SK Engineering & Construction Co. Ltd.)联合进行项目承建。此前,Arıoğlu成功地领导了伊兹密尔至迪拜的地铁修建等顶级工程的建设。然而这位隧道修建专家却坚定不移地将博斯普鲁斯海峡隧道看成是他的集大成之作。在Arıoğlu看来,"它从一开始就是一条崎岖的路"。

他回忆道道,在2008年拿到项目之后,就有一些政治上的因素拖了项目进展的后腿。当这些因素被消除之后,便开始找投资者。那时又恰逢2009年全球金融危机,银行审核变得极为谨慎,要求出示严格细致的项目文件和施工建造的最高安全标准。"其实,这些障碍对于我们而言,也是十分重要的,由此我们终于能够彻底说服自己,我们有能力支撑起这个庞大的项目,并且一定会将它完成。"

2012年决定使用海瑞克公司的隧道掘进机。对于Arıoğlu而言,这是非常重要的一步:"海瑞克公司是一位同舟共济的合作伙伴,值得我们信赖。"由于技术层面史无前例的严苛要求,德国Schwanau总部对我们所提供了巨大帮助:不同于以往成功挖掘数百米之后便进行支付的结算方式,隧道掘进机的最终支付将在贯穿之后完成。"这是一个明显的信号" Başar Arıoğlu说道。"海瑞克将和我们一起携手走完这条荆棘满布的道路。"


”海瑞克公司是一位同舟共济的合作伙伴,值得我们信赖。”

Başar Arıoğlu, Yapı Merkezi公司 董事会主席

鸟瞰亚洲端的隧道掘进机始发井。将近3.5公里的欧亚隧道直接位于博斯普鲁斯海峡下方。

 保持头脑冷静 

离隧道贯穿还有200米时,Özgür Yurtaydin坐在他那位于"伊斯坦布尔海峡公路隧道穿越项目"工地一旁的办公室内,周围集装箱积放成堆。那时是八月份。室外背阴处的温度达到38度。Yurtaydin的办公室内空调嗡嗡响着,20度。这样正好:因为这项宏伟的欧亚公路隧道修建好通道之前,海瑞克的项目经理都必须保持冷静的头脑。

“然而我这种人恰恰不会说:这不是我的问题。”

Özgür Yurtaydin, 海瑞克项目经理

Özgür Yurtaydin,31岁,作为海瑞克项目经理,已经在世界各地的工地上工作了九年。

牛仔裤搭配伐木工衬衫,再加上五天没刮的胡子:人们在大街上不一定会留意到Özgür Yurtaydin,但他却是这个庞大工程的中流砥柱。这位建造工程师刚刚31岁,他也是海瑞克"伊斯坦布尔海峡公路隧道穿越项目"的项目经理。Yurtaydin已经在海瑞克工作了九年,只需稍加观察,就能看出究竟是哪些特质让他能够胜任这项工作:当别人都紧张忙乱,甚至抓狂时,他依旧可以保持冷静。在别人苦苦思索而不得其解时,他却能当机立断。他永远不会避重就轻。"然而我这种人恰恰不会说:这不是我的问题。"而这种工作态度,也让他在这个项目中度过了许许多多工作时长达到14个小时的日子。"这条路就是这样的",他说。"从第一天开始我们就只有一个目标:完美地完成这项任务。"

 

上图:展望不远的未来:如果隧道在2016年可以竣工和完成内部建设,我们将能看到图示中的新欧亚隧道横断面。

下图:如今的博斯普鲁斯海峡大桥长期拥堵。新隧道将使桥上的交通恢复畅通。

 

 缓解城市交通压力 

隧道的尺寸加大了这项工程的难度。然而只有这样的直径才能实现这条欧亚隧道的使命:2016年底,两大洲间两条双层行车道上每日的往返车流量将达到 10万辆次。这一成果对于城市交通有着深远影响,尤其为来自南部的上班族们创造了巨大的便利,以前他们总是拥堵在博斯普鲁斯海峡大桥上,而如今却可以轻而易举地穿梭于两岸。交通高峰期的行车时间将从最长的100分钟缩短到15分钟。

北部的法提苏丹穆罕默德大桥作为现时连接欧亚大陆的第二大通道,其交通压力也将得到缓解。如果一切都能按计划进行,那么这条隧道将会使这个拥有1800万人口大都市里拥堵的交通恢复畅通。在为穿梭于博斯普鲁斯海峡两岸的三百万上班族节省了大量时间的同时,这项工程也显著减少了该城市中二氧化碳的排放。

 

 

针对伊斯坦布尔有可能会发生的地震,则在隧道衬砌沿线安装了特殊的抗震接缝,这也赋予了隧道管道一定的柔性。

 隧道掘进机中的多面手 


"无论在项目规划上投入了多大的资源和成本--项目还是存有一定风险的",Yapı Merkezi公司项目经理Naim Isli说道。"但我们是工程师:如果出现了意料之外的问题,我们就必须解决它。"例如"断层带"的问题。距离隧道仅17公里处便有一个地震频发的地质断层区,由于伊斯坦布尔临近两大板块交界之处,所以这种情况并不罕见。其解决方案是:安装两环特殊的抗震接缝管片,一旦发生地震,便可以像关节那样工作。"这也使隧道具备了必要的柔性",Isli如是说。

这位专注的隧道建造师指着自己办公室墙上的技术图纸说道,伊斯坦布尔的地质特点给他添了不少烦忧。这份图纸展示了博斯普鲁斯海峡水下包括隧道在内的地质状况。隧道穿过了彩色的拼凑地带--每种颜色代表一种地层,而所有这些不同的地层都由隧道掘进机负责钻通。"我们的隧道掘进机要交替穿过软土、砂岩、泥岩、火山岩以及其他岩层,而且一切都在强大的水压之下完成的",Isli说道。

“我们是工程师:如果出现了意料之外的问题,我们就必须解决它。”

Naim İşlı, Yapı Merkezi公司 项目经理

Naim Isli,作为Yapı Merkezi公司的项目经理,主要负责对博斯普鲁斯海峡下方的建造工程进行有效规划和执行。

上图:海瑞克公司混合式盾构机刀盘的中央视图。为了应对复杂地质条件,刀盘上安装了诸如齿刀和滚刀等开挖工具。

下图:大块岩石在格栅前由颚式碎石机粉碎,而后物料被吸入泥水管路。

针对海峡下的地质状况只能应用混合式盾构机——隧道掘进机中的多面手。为了应对所有情况,刀盘配备了不同开挖刀具:大型刮刀主要负责从掌子面挖掘泥岩之类的松软地层,开挖物料和泥浆混合在一起,经泥水环路进入始发井中的泥水分离站。

如果在掘进期间盾构机遇到了较硬岩石,则主要由35个双刃滚刀来破碎。这些位于刀盘上的19英寸的滚刀连刀箱各自重达1吨。掘进时,刀盘主驱动的伸缩油缸将刀盘上的滚刀压在掌子面上,滚动将岩石破碎。从岩石上开挖出来的物料,称为岩屑。体积小的岩屑通过入口栅格,被吸走并进入泥水循环运出;体积大的岩屑由颚式碎石机在格栅前粉碎,它类似于一个强劲有力的液压核桃钳,轻而易举便能将大漂石弄碎。

同时,泥水循环还应用于建立和调节所谓的掌子面的支撑压力,用以对抗博斯普鲁斯海峡下方的水压和土压。由海瑞克公司开发的这套原理已多次在世界范围内久经检验。

 

上图:针对直径较大的隧道掘进机,为了实现常压换刀,刀盘幅臂采用可进入式的设计。

下图:机器操作员在控制室便可以及时获悉所有的掘进参数——其中也包括开挖工具的损耗信息。

 换刀的挑战 

即便在博斯普鲁斯海峡下方极端苛刻的环境条件下,混合式盾构机也可以保持8到10米的日进尺。然而,恶劣的条件以及高机械负重让机器本身也付出了代价:即使是最好的材料,也不可能不存在磨损。虽然滚刀由高硬度的高合金工具钢制成,仍需定期更换。

在海瑞克为欧亚隧道设计掘进设备时,这已经构成了一项名副其实的挑战:如何在高达11巴的压力下快速而又便捷地完成开挖工具更换。在这一点上,海瑞克设计团队采用了可进入式刀盘幅臂的设计理念。这一设计实际上早在汉堡和上海的项目施工中便已经得到应用和检验——不过是在明显更低的压力条件下进行。而针对博斯普鲁斯海峡下方的大型混合式盾构机,海瑞克则特别开发了最新的滚刀更换闸系统(更多信息请点击这里浏览)。结果实现了,在伊斯坦布尔项目的压力条件下,技术人员也可以在常压下轻松安全地更换滚刀和刮刀。

在整个掘进过程中,一共更换了约400把滚刀。不同探测器会对滚刀的旋转情况和温度进行探测,以此来及时发出需要更换的信号。"一开始换刀需要耗时7、8个小时,但熟练之后,现在可以在两到三小时内完成。"Naim Isli说道。

 

 

由于刀盘的创新设计,使得常压换刀成为可能。然而,在机器前方的高温条件下,团队协作和工作人员的毅力仍然是成功作业的基本前提。

 

上图:为饱和潜水作业特制的一条无缝带压运输路径。穿梭舱可以穿过机器的整个后配套区域进行运输。

下图:穿梭舱内景,最多可容纳4个人。

 问题及其解决方案 

要想在全新的技术领域里成功完成要求严苛的项目,就必须为所有可能发生的情况做好准备——即便这些情况不太可能发生,这是Naim Isli和Özgür Yurtaydin协作团队从伊斯坦布尔项目中总结的经验。大量的开挖物料、高压的环境、进入开挖仓内的大石块,所有这些都在一步步增加机器的负担。大概在掘进过半之后,持续的渣土处理使得入口栅格和颚式碎石机出现磨损。

"所有参与人员瞬间明白,我们必须尽快对这些部件进行维修。"Isli说道。一项艰巨的任务:入口栅格和颚式碎石机安装在承受高压的开挖仓内。要想对其实行维修,只能依靠专业的饱和潜水员来完成。专业人士佩戴氧气筒,通过人闸进入机器核心部位。工作人员在9巴的高压下奋战了长达三个星期,而在平时,人类根本不会踏足这一领域。晚上他们在隧道外特殊的带压舱室里过夜。为了将潜水员安全地送入隧道,接出隧道,隧道掘进机安装了一切必不可少的专业设备,其中包括带压的穿梭舱。"在这类开创性项目中,要求人们具备更强的技术后备能力,以此应对各种突发情况",Gert Wittneben说,"海瑞克隧道掘进机上配备了所有必要的设备,无论是之前的汉堡还是如今的伊斯坦布尔项目,都证明了其技术的可靠性"。

“共同解决棘手的困难,也让我们彼此之间的联系更为紧密。”

Özgür Yurtaydin, 海瑞克公司 项目经理

上图:机器后方的泥水环路管道被延长——通常在拼装管片的时候同步进行。

下图:在伊斯坦布尔项目工地上,施工在休息时饮用传统红茶。

成果汇报:磨损零部件已修好,可以重新运行机器。"大家在短时间内完成了一项十分了不起的工作"Özgür Yurtaydin说道,他还强调:"我们一起解决了这么棘手的难题,这个经历也让我们海瑞克团队与承建商Yapı Merkezi公司的联系变得更加密切。在这件事之后,我们感觉团队变成了一个大家庭。"

 隧道尽头的曙光 

下午Yurtaydin从更衣室取出安全帽,然后走向隧道掘进机,此时它正停在岩石之中。因为隧道中正在为一台泥浆泵安装变压器。掘进机的工作人员正在抓紧宝贵的时间。在盾尾的保护下,他们正在拧紧新安装的混凝土管片。而在隧道掘进机后配套车架上,工作人员正在延长两段泥水环路的管道。半个小时过后,所有螺丝都已上好,需要焊接的地方也已经完成。工作人员又重新开动了隧道掘进机。大概只差200米了。还需要25天?还是23天?Özgür Yurtaydin微微一笑"办公室里大家已经开始打赌了。"目标就要达成了:苏丹的梦想终于要实现了。

 团队合作和坚强毅力的结晶 

同心协力
达成目标

全力以赴:为了圆满完成任务,来自全球各地的隧道专家聚精会神、联手协作。能够参与要求如此严苛的项目,所有人都倍感自豪。

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 机械师 

David Lynch

我来自英格兰北部的Middlesbrough,已为海瑞克在不同国家工作多年,但多数都在欧洲。

“这是一项特殊的任务,因为我们此次面对的是一台真正的创新型机器。一个可以从后方可进入式的刀盘——这对我们大多数人而言都是全新的领域。”

David Lynch, 机械师

我工作过的国家包括德国、法国、西班牙、意大利、荷兰和比利时。差不多一年半之前,我开始负责伊斯坦布尔的这台隧道掘进机。尽管我在这些年间积累了丰富的经验,但不得不说:这是一项特殊任务,因为我们此次面对的是一台真正的创新型机器。一个可以从后方可进入式的刀盘——这对我们大多数人而言都是全新的领域。不论欧洲哪一处的下一个隧道项目会将我带向何方,我都将始终铭记这个项目。

 服务人员 

Ritvan Oren

“红茶尤其重要。对于我们土耳其人来说,品尝红茶是享受品质生活的重要方式。”

Ritvan Oren, 服务人员

Ritvan Oren正在准备传统的红茶。

我负责打扫下面的卫生,确保茶或咖啡的无间断供应。红茶尤为重要。对于我们土耳其人而言,品尝红茶是享受品质生活的重要方式,是每一天的必行之事。

但在这以外,红茶远不仅如此:它是一种心情调节剂。工人们在地底深层作业,工作时间很长。没有太阳。又很热。这时,一杯加糖红茶就有了神奇的作用——当然前提是要泡的味道好。

至于我怎么做茶,那是我的秘密。但我可以透漏一点:土耳其红茶略有些灰尘。必须先用冷水冲洗,再加入少许格雷伯爵茶进行混合。然后就成 了工人们喜爱的味道。当我端着茶盘走过时,从他们脸上的笑容就能看出这一点。这样的茶令他们心情愉悦,而这正是项目成功的最佳前提,不是吗?

 安全工程师 

Yakup Yilmaz

 

13.66米的直径!仅仅那个我们吊入始发井中的刀盘就重达400吨。这样的巨型设备令我们工程人员肃然起敬。

“我已经在不同的隧道施工工地工作过,但是这样一台隧道掘进机我还是第一次见识到。”

Yakup Yilmaz, 安全工程师

 

 

 

但最重要的还是工作在这里的人,他们的安全是首要诉求。因此,我们每天都会对隧道中的正确作业进行培训。我们定期测试材料和设备的状态——因为一切都必须完美运作。所有工作人员都严格遵守安全指引——所以我们至今从未出现过任何事故!

 动人心魄的隧道掘进 

11巴

的水压,13.66米的隧道掘进机直径,多变的地质条件,掘进沿线地震的风险:尽管面临着史无前例的项目挑战,这台海瑞克的混合式盾构机还是于2015年8月22日顺利实现了贯通。

 大幅度 
 节省时间 

>10万小时/天

在伊斯坦布尔博斯普鲁斯海峡之间穿梭的人们每天总共将节省超过10万小时的通勤时间 。2016年年底起,这条5.4公里长的欧亚隧道将令欧亚大陆之间的行车 时间巨幅减少。

 高效 
 换刀 

400把滚刀

在隧道施工期间,施工团队快速学习与实践,总共在近400吨重的刀盘上安全更换了400把滚刀。每把滚刀的更换时间从最初的7至8小时缩短至仅为2至3小时。

 简短 
 茶憩 

12万杯红茶

在长达16个月的掘进过程中,Ritvan Oren 为奋斗在隧道掘进机上的施工团队准备了12万杯红茶。至于如何调制这种最受欢迎的小憩饮品,那就是他的独家秘方了。

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