Eine steinige Reise in Seattle für die MudHoney TBM

Mar 24, 2023

Mitglieder der Seattler Grunge-Rockband Mudhoney stehen vor ihrer gleichnamigen TBM. Foto mit freundlicher Genehmigung der Seattle Public Utilities

Tunnelbohrmaschinen der Superlative sind in Seattle nichts Neues. Vom berüchtigten Maulwurf, der einen neuen State Route 99-Tunnel grub, bis hin zu einer Handvoll TBMs, die einen neuen Weg für den aggressiven Stadtbahnausbau von Sound Transit ebneten, ist der Tunnelbau unter der Stadt im pazifischen Nordwesten fast an der Tagesordnung.

Aber bei keinem Tunnelbauerlebnis in Seattle – oder auch sonst irgendwo in Nordamerika – ist eine TBM auf einen Felsbrocken von der Größe gestoßen, den MudHoney getroffen hat, eine 21 Fuß lange Maschine mit 8 Zoll Durchmesser, die einen 2,7 Zoll großen Stein gräbt -Meile, 18 Fuß, 10 Zoll. Tunnel mit Innendurchmesser von den Seattler Stadtteilen Ballard nach Wallingford.

Das 570 Millionen US-Dollar teure Schiffskanal-Wasserqualitätsprojekt ist eine gemeinsame Initiative der Seattle Public Utilities und der King County Wastewater Treatment Division, die nach Fertigstellung bis zu 30 Millionen Gallonen Regen- und Abwasserströme sammeln und speichern wird, die andernfalls in das Schiff von Seattle überlaufen würden Kanalwasserstraße.

Das Herzstück des Projekts ist ein 2,7 Meilen langer Tunnel, der von fünf vertikalen Schächten gespeist wird, die Regen- und Abwasserströme sammeln und sie 40 bis 80 Fuß unter der Erde befördern. Das Projekt umfasst außerdem zwei zusätzliche Tunnel mit einem Durchmesser von 8 Fuß und ein Schienensystem zum Transport des abgebauten Materials und zum Einbringen von Tunnelsegmenten.

Die Teams fertigen einen Segmentbau hinter der MudHoney-TBM. Alle 1,5 m Bohren bedeutet, dass angehalten werden muss, um einen Betonring zu installieren. Foto mit freundlicher Genehmigung der Seattle Public Utilities

Die TBM, die den Auftrag übernimmt, wurde in einer Online-Abstimmung nach der bahnbrechenden Grunge-Band Mudhoney aus Seattle benannt. Die Erddruckausgleichs-Druckvortriebsmaschine wurde 2020 in Deutschland hergestellt und nahm im darauffolgenden Jahr ihre Arbeit auf.

MudHoney verfügt über einen 31 Fuß (2 Zoll) langen Schild und 18 Doppelscheibenschneider, 48 Schaber und 16 Schaufelschneider am Schneidkopf. Besatzungen von 10 bis 15 Personen bedienen die TBM sowohl in einem Kontrollraum als auch an der Vorderseite der TBM. Nach jeweils 1,5 m muss angehalten werden, um einen Betonring zu installieren, so wie es die Teams traditionell beim Bau von Sound-Transit-Tunneln tun.

Die TBM sollte ihre unterirdische Reise bis zum Sommer 2023 abschließen, aber nein, dank des Felsbrockens, den sie unterwegs getroffen hat.

Der fragliche Felsbrocken hatte einen Durchmesser von bis zu 12 Fuß und eine Länge von 10 Fuß. „Was diesen Felsbrocken außer seiner Größe einzigartig machte, war seine Stärke“, sagt Fabrizio Fara, Projektleiter von Lane Construction Co., der den Tunnelbau leitete, „wobei ein Teil des Felsbrockens eine uneingeschränkte Druckfestigkeit von über 47.000 psi aufweist.“

Als die TBM den Felsbrocken traf, wurde der Bohrkopf „erheblich beschädigt“. Die Schneidwerkzeuge wurden unter Überdruckbedingungen ausgetauscht und auch strukturelle Schäden am Schneidkopf wurden repariert. „Der größte Teil des Schadens befand sich an der Vorderseite des Bohrkopfes, was bedeutete, dass alle Reparaturen von außerhalb des Bohrkopfes durchgeführt werden mussten“, sagt Fara.

Lane Construction entwarf, plante und führte den Aushub einer Rettungsbox etwa 50 Fuß unter der Erdoberfläche durch. Die Nische wurde von Hand aus dem Inneren des Bohrkopfs der TBM ausgehoben, und die Bergleute und Mechaniker konnten darauf zugreifen und die strukturelle Reparatur der TBM abschließen. „Vor dem Aushub der Arbeitskaverne wurde eine umfangreiche Bodenverbesserungskampagne durchgeführt, um die Stabilität des Bodens während der Reparatur sicherzustellen.“

Das Team schloss die Bohrung durch den Felsbrocken im Mai 2022 erfolgreich ab.

Teams verteilen Füllmaterial am Boden eines der Schächte, die Abwasser und Regenwasser in den neuen Lagertunnel befördern werden. Foto mit freundlicher Genehmigung von Lane Construction

Seit dem 18. Jahrhundert wurden in Seattle mehr als 150 Tunnel mit einer Länge von mehr als 70 Meilen für Abwasserkanäle, Versorgungskorridore und Transportzwecke gebaut. Der neueste Tunnel entsteht, da Seattle und King County den Bundes- und Landesbehörden nachkommen müssen, um die Verschmutzung durch Mischwasserüberläufe zu reduzieren.

Im aktuellen Entwurf fließen sowohl Regenwasserabfluss als auch Abwasser durch dasselbe System in den vom Projekt betroffenen Stadtteilen – Ballard, East Ballard, Fremont, Queen Anne und Wallingford –, was dazu führt, dass starke Regenfälle die Systemkapazitäten überschreiten und unbehandeltes Abwasser hineinlaufen können öffentliche Wasserstraßen. Durch die Umleitung von Überläufen – typischerweise etwa 90 % Regenwasser und 10 % Abwasser – in die neuen Schächte wird der Lagertunnel die Überlaufverschmutzung um mehr als 75 Millionen Gallonen pro Jahr reduzieren.

Fara sagt, dass der größte Teil des Tunnels durch eiszeitliches Geschiebematerial verläuft, das aus dichten gemischten Ton-, Schluff-, Sand- und Kiesablagerungen besteht, mit gelegentlichen Kieselsteinen und Felsbrocken. Aufgrund des möglichen Vorhandenseins von Felsbrocken mit einer Höhe von bis zu 10 Fuß wurde der Bohrkopf mit einem niedrigen Öffnungsverhältnis konstruiert, ähnlich wie bei Hartgesteins-TBM-Köpfen. Der mittlere Teil war außerdem mit einer Reihe von Scheibenschneidern anstelle einer „Nase“ ausgestattet, die normalerweise auf weicheren Böden verwendet wird.

Die 2,7 Meilen, 18 Fuß, 10 Zoll. Der Tunnel wird überlaufende Regen- und Abwasserströme bewältigen, die andernfalls in die Schiffskanal-Wasserstraße von Seattle überlaufen würden. Foto mit freundlicher Genehmigung der Seattle Public Utilities

Angesichts der Gefahr von Felsbrocken – selbst solche mit einem Durchmesser von weniger als 12 Fuß – auf der gesamten Strecke ist die TBM laut Fara mit einem Felsbrockenerkennungssystem ausgestattet, bei dem es sich ebenfalls um ein Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit der Colorado School of Mines handelt. „Dieses System verfügt über eine Reihe von Wandlern, die dabei helfen können, das Vorhandensein eines Felsbrockens vor der TBM während des Betriebs zu erkennen“, sagt er.

Dan Dreyfus, Designmanager bei Delve Underground, das Teil des Tunnelprojektteams ist, wusste, dass die TBM ähnlichen Bodenbedingungen ausgesetzt sein würde wie frühere Maschinen, die bei Projekten in Seattle eingesetzt wurden, und sagt, dass MudHoney ähnliche Design- und Leistungskriterien hat wie andere TBMs, die dafür entwickelt wurden der Seattle-Region. Während Bertha für die SR 99 einen Tunnel mit einem Durchmesser von 57,5 ​​Fuß schuf, entspricht der Durchmesser des Schiffskanalprojekts dem der Stadtbahntunnel in der Region.

„Der Auftrag bestand darin, den Schneidkopf zu entwerfen und zu konfigurieren, um einen effizienten Aushub durch sehr variable und abrasive Geschiebemergelböden zu ermöglichen und den Abbau durch Felsbrocken zu ermöglichen, die typischerweise in Geschiebemergelablagerungen zu finden sind“, sagt er.

Das Design und die Konfiguration des Schneidkopfs der Maschine führten zu einer Kombination aus Scheibenschneidern und Aufreißwerkzeugen, die „strategisch platziert sind, um das Eindringen in abrasive Böden mit Geröll und Felsbrocken zu ermöglichen, und die mit ausreichend Werkzeugabständen und Schneidkopföffnungen ausbalanciert sind, um eine ordnungsgemäße Aufbereitung und Durchmischung aller erwarteten Böden zu ermöglichen“. Arten.“

Durch das Einbringen von Polymer in den Boden während des Aushubs wird der entstehende Schlamm dann über ein Förderband hinter der TBM transportiert und per Bahngleis abtransportiert, bevor er schließlich zu einer Kiesgrube im benachbarten Snohomish County transportiert wird.

Für das Schiffskanal-Wasserqualitätsprojekt in Seattle gehörte das Absenken der 21 Fuß langen TBM mit einem Durchmesser von 8 Zoll zum Startpunkt im Stadtteil Ballard in Seattle. Foto mit freundlicher Genehmigung von Seattle Public Utilities

Als Reaktion auf die drohende Bodenbewegung sagt Fara, dass die durch die TBM verursachten Vibrationen und Setzungen „extrem gering, fast vernachlässigbar“ seien. Entlang der TBM-Strecke überwachen eine Reihe von Instrumenten die Bedingungen vor, während und nach der TBM-Passage, einschließlich der Überwachung von über 200 Bauwerken oberhalb der Tunneltrasse. Die Instrumente bieten einen Hinweis auf mögliche Auswirkungen durch Tunnelbauarbeiten. „Bisher wurden keine Einschläge an der Oberfläche beobachtet“, sagt Fara.

Keith Ward, Projektleiter für Schiffskanalwasserqualität bei Seattle Public Utilities, sagt, dass die Fortschritte beim Tunnelbau weitergehen. „Die TBM soll zwischen Mai und Juni 2023 den Zielschacht erreichen“, sagt er. Aber am Ende der Strecke gibt es in MudHoney noch einen weiteren einzigartigen Bereich, durch den man Tunnel graben kann.

Die TBM wird einen Abschnitt durchqueren, in dem vor Jahren 18 Spannanker aus Stahl für eine nahegelegene Baugrube installiert wurden. Die Spannglieder wurden bereits entlastet, aber die Besatzungen sagen, dass sie immer noch Auswirkungen auf den Tunnelbau haben könnten. Die Zugbänder werden teilweise von der TBM-Strecke entfernt, bevor sich die TBM dem Standort nähert.

Das gesamte Projekt, zu dem auch eine neue Pumpstation in Ballard gehört, wird voraussichtlich im Jahr 2026 eröffnet. Die Finanzierung erfolgt teilweise durch das Washington State Department of Ecology und die Environmental Protection Agency durch Darlehen des State Revolving Fund und des Water Infrastructure Finance and Innovation Act. Ursprüngliche Prognosen für die Projektkosten sind bereits von 423 Millionen US-Dollar auf 570 Millionen US-Dollar gestiegen, was größtenteils auf Probleme im Zusammenhang mit der Pandemie und dem Betonstreik in Seattle zurückzuführen ist, wobei erwartet wird, dass weitere Steigerungen um bis zu 14 % noch möglich sind, teilweise dank des Felsbrockens arbeiten.

Tim Newcomb ist ein in West-Washington ansässiger Zeitungs- und Zeitschriftenjournalist, der über Design und Konstruktion in Gebäuden und Transport im Nordwesten berichtet.