输水隧道修复不用排水？—美国公司开发水中衬砌施工设备

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上海市土木工程学会

小编语

由于基础设施建设起步较早，所以很多的欧美的输水隧道都存在着严重的老化问题，通过常规方式修复这些地下输水隧道极其困难且繁琐，维修还需要暂停隧道的运营；新建隧道又过于昂贵和耗时。为解决这一问题，来自美国的Ballard和Kelley两家公司合作研发了一套可以在水中完成安装不锈钢内衬等修复工作的施工设备，并在州底特律供水隧道修复项目中得到了成功的应用，让我们一起来看看吧！

研发背景

美国的大部分水利基础设施都已运营数十年甚至上百年， 随着时间的推移，这些系统已经严重老化，这一情况在大型输水隧道中尤为普遍。 除了管道本身的材料老化外，地质运动和水压也会导致管道移位并产生泄漏，进而导致污染物进入供水系统。

在北美地区，输水隧道老化是一个普遍的问题

以底特律市为例，在对供应淡水的关键输水隧道在检查中发现，隧道存在大面积开裂和衬砌老化。要进行维修的话，就需要长时间关闭这条关键的输水隧道，所以建造新隧道以取代旧隧道是更常见的做法。 为了减少时间和成本，当地水务部门委托Ballard和Kelley两家公司合作研发了一套可以在不中断隧道运作的情况下修复隧道的施工设备。

设备在模拟环境中进行测试

这套设备被命名为巴拉德水下运输车(BURT)，除了运输功能外，还安装有一套叉车式托架，可以帮助潜水员在水中安装不锈钢内衬，然后通过注浆将衬砌加固新衬砌和现有隧道结构，因此施工团队可以在不关闭这条输水隧道的情况下进行施工。

巴拉德水下运输车设计

技术发展

动力系统

设计团队考虑过液压驱动和电动驱动系统两种方案： 电力驱动系统通常具有更高的效率和灵活性，但电动机需要齿轮箱、轴承、制动器和PWM控制，损坏风险和维修难度都更大；并且在水中，如何管理电力驱动系统所需的大电池组也一个问题。

设计开发阶段

最终，设备制造商选择了液压驱动，液压驱动更加稳定可靠，技术本身也更加成熟。而水下电力驱动系统则需要定制，一旦出现故障也更难维修。

结构设计

整台设备需要通过直径只有2.1m检修井进入管道，制造商给出的方案是将整台设备分解为6部分，送入隧道中，然后由潜水员在水中完成组装。

分段运输

制造商通过一系列设计，最大化地 减少了潜水员在水中所需进行的组装工作，整台设备的截面尺寸也经过仔细设计，以实现最小化，确保能够顺利通过检修井。

材料使用

在完全浸没的环境中运行，意味着零件更容易被氧化和腐蚀。为了缓解这种情况，制造商研究了多种方法，设备主体最终选择了镀锌钢，尽管不如不锈钢或阳极氧化铝板耐腐蚀，但考虑到输水隧道中是淡水环境，镀锌钢已经足够，且成本较低。

工厂中的巴拉德水下运输车(BURT)

测试和应用

制造商在完成原型机的生产后，希望在模拟环境中进行测试，他们发现俄勒冈州立大学的Hinsdale海浪研究实验室是一个完美的测试环境。

实验室是用于研究海啸和海浪的

实验室内的水漕具有模拟输水隧道所需的合适宽度和深度，实验室还能够提供水下能见度很高的优质水，让制造商能够清晰的观察和评估设备的运行状态。

水下运行过程清晰可见

在测试过程中，制造商发现了存在的问题，并进一步改良了设备，在现场还进行了人员训练和工作流程的预演练。

潜水员在实验室水漕中预演工作流程

在准备就绪后，设备在底特律的输水隧道项目中开始应用。在实地应用中，极低的能见度一定程度上影响了工作效率。

水下能见度很差

除此之外，项目整体施工顺利，成功地 在没有排水的情况下完成了修复大直径输水管道的工作。 目前，制造商正在进一步改进这套设备，以扩大其在未来项目中的应用范围。

运输过程中的巴拉德水下运输车

结 语

与饮用水系统相关的输水管道对人民群众的身体健康至关重要，也正在被越来越多的关注，这种不用关闭输水隧道就能完成修复工作的设备，相信会在未来会得到更多的应用。END往 期 回 顾 公布 公布 公布 公布 征集 关注我们点击图片，识别二维码 微信公众号 / 土木科技期刊 / 土木视界

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