在2005年，業(ye) 主墨爾本水務局連同項目合夥(huo) 人：承包商John Holland公司、GHD設計公司和項目管理Aurecon公司，接受了墨爾本百年老舊汙水總管一段更換工程的挑戰。更換長2.3km汙水總管需要嚴(yan) 密的風險管理流程、橫向思維和克服各種挑戰的創新方案。
MMSR自1800年代末首次冒險進入了富有挑戰性的Yarra三角洲地質。除了為(wei) 墨爾本未來的隧道工程提供了寶貴的地質和水文地質見解以外，MMSR還交付了穿越Yarra河合格的濕圍堰，用不同工法挖掘了35條工作井，用5台不同掘進機，構築總長4.2km的新汙水管線。
John Holland公司項目經理Nick Lewis分享了他在建設MMSR 4年中從(cong) 一些重要教訓取得的深思。Lewis表示，“MMSR工程並非一帆風順的。即使盡力構思計劃和緩解各種意外情況，我們(men) 的情況經常需要創新方案來解決(jue) 困難問題，但我可以驕傲地說，麵對每個(ge) 挑戰，我們(men) 都迎難而上。”
圖1 澳大利亞(ya) 的墨爾本
圖2 走線圖顯示既有汙水總管和新汙水管線
水文地質——排水或不排水
從(cong) MMSR工程習(xi) 得的首個(ge) 教訓是由於(yu) 在墨爾本港Fennell保護區該工程的首個(ge) 工作井減壓操作造成沉降的潛在風險管理。臨(lin) 時工程包含了一麵咬合樁牆，其設計要求從(cong) 軟弱地質單元到強風化玄武岩。該首條工作井設計成排水模式，最大進水量設定在2L/S，如果超過這個(ge) 設定值將要進一步審視。
2008年12月，咬合樁和工作井挖掘按計劃進行，測得的進水量依然低於(yu) 設定值。盾構抵達工作井底部玄武岩構造，進水量增加，從(cong) 周圍監測到的數據顯示存在沉降。雖未超過沉降預設警戒值，這項數據仍值得進一步檢查，特別考慮到監測點顯示數據表明它位於(yu) 深處Coode Island粉土夾層帶以上。
采取的決(jue) 定性一步為(wei) 團隊計劃在聖誕停工期間淹沒工作井。隨之而來的是充斥著調查和評論的緊張階段，借此團隊認識到了解和建立工作井局部地質間的水文連接的需要。Lewis表示，“我們(men) 需要考慮到用於(yu) 減壓的地下水監控係統，並為(wei) 如何建成工作井擬定設計方案。”
來源於(yu) 進水率和既有地下水監控係統的信息用於(yu) 開發二維和三維水文地質模型。這些模型是用於(yu) 針對大量工作井修複方案執行沉降評估。決(jue) 定地層界麵，在工作井上鑽出14個(ge) 戰略定位的鑽孔用來裝設振動線壓力計。壓力計所獲數據用於(yu) 校準模型，再次核對工作井周圍記錄的實際沉降數據。另外，在工作井周圍設計並建造了一個(ge) 全麵灌水係統作為(wei) 應急措施。
Fennell保護區井修複成功，並於(yu) 2009年4月完工。施工經驗突出了地層對減壓的靈敏度，所有後續臨(lin) 時工程設計都顧慮這個(ge) 風險。這個(ge) 過程中收集到的信息表明當地一個(ge) 清晰的水力情況，無疑對Yarra三角洲未來工程的規劃、設計和選方案都相當有利。
圖3 工程包括交付一條合格的跨越濕圍堰通道
Yarra三角洲隧道工程
Yarra三角洲的軟性地質是墨爾本施工行業(ye) 眾(zhong) 所周知的問題。墨爾本水務局整理的曆史數據說明了在1890年代原墨爾本汙水總管施工中所克服的地層支護、進水、隧道走線和沉降的難點。
為(wei) 了克服這些預見的挑戰，墨爾本水務局找到早期承包商（ECI）在設計階段擬定了一個(ge) 可建方案。煞費苦心地規劃出主隧道走線以避免大量障礙物，包括構築物、第三方資產(chan) 、建築樁和橋梁。這樣造成的一條走線在墨爾本城市邊緣地區來去迂回，並包括一些較為(wei) 陡峭的250m半徑曲線。
長1.2km南部隧道推進期間，駕駛TBM穿越Coode Island粉土夾層帶被證明正如預期一樣困難。由於(yu) 重量集中在103m，重164t的TBM前端，所以方向糾偏操作困難，而走線曲線段的軸線糾偏不穩定。
在南部掘進中駕駛TBM，軸線糾偏所需的偏向推力僅(jin) 需克服地層阻力和地層材質的抗剪強度。在CoodeIsland粉土夾層帶的挑戰——偏向推力中僅(jin) 存在極小的變化可以改變轉向率，這是因為(wei) 土層材質極低的摩擦係數和極低的抗剪強度。
為(wei) 了能高效上坡掘進875m的北部隧道，MMSR團隊與(yu) TBM生產(chan) 商Caterpillar公司一起工作，改進TBM駕駛反應。切削刀盤尺寸縮小大大降低了推進率，極大化垂直偏向推力造成仰角增加。這些這些改變使得控製標高糾正的需要更加迫切，因為(wei) 淨仰角產(chan) 生得又快又持久。
主隧道的最終設計利用了2種襯砌形式糾正隧道內(nei) 最終汙水管坡度，以應對TBM轉向遇到困難。主要襯砌包括TBM安裝的鋼纖維加強混凝土管片（SFR）和由玻璃纖維增強塑料管道(GRP )組成的二次襯砌，將在隧道完成挖掘時分別進行安裝和注漿。
總計，580段直徑1.8m管道用長3m和長6m管節安裝，並襯砌新的2.3km汙水隧道。大約6000m3的注漿用於(yu) 填充GRP管和直徑2.4m混凝土襯砌隧道之間的空間。
在隧道挖掘過程中，施工隊通過詳細規劃、工程管理和風險管理成功克服了一些其他主要工程挑戰。這包括開發了：
*TBM盾構的主動式膨潤土支護係統防止超挖缺口閉合，減少沉降發生。
*設計一個(ge) 自動化氣艙式膨潤土注射係統用於(yu) 隧道挖掘和白天停工時的監控，以及維護工作麵壓力。這包括實時監控、電子郵件和短訊報警通知服務。
*設計一個(ge) 航空呼吸係統向所有TBM操作員工作時始終可呼吸新鮮空氣。由於(yu) 遇到高於(yu) 預期濃度的二氧化硫氣體(ti) ，隧道強製通風係統無法盡快稀釋氣體(ti) 。
頂管工法
沿著2.3km的主隧道，MMSR工程還包括建造長1.9km較小直徑的分支網狀汙水管。這些工程的相關(guan) 風險和挑戰與(yu) 建造主隧道類似，團隊要盡最大努力來管理每次推進的不同參數。
Lewis表示，“我總不能第一次就選中機器，特別是用於(yu) 在不同地質單元之間穿越，但是我們(men) 很快吸取教訓，徹底了解在所有地層中的人機互動。”
穿越Yarra 河
最初的規劃方案，這包括Yarra河底下的隧道工程，但由於(yu) 其地層中的極軟粉土和淺覆土，方案被證明隧道工程不可行。與(yu) MMSR項目團隊合作，計劃一個(ge) 3階段濕圍堰順序施工法。
由於(yu) 時間緊迫，設計團隊間的密切合作和專(zhuan) 業(ye) 人員的參與(yu) 擬定一個(ge) 簡易且有效的方案。
數碼和現實生活中的技術原型讓大家全麵了解整個(ge) 流程，而無障礙的溝通保證了所有員工的最大安全。團隊在整個(ge) 河流穿越過程中遵循強勁的風險管理流程。
墨爾本長140m跨越Yarra 河的標誌性工程於(yu) 2011年2月合格完工，此後進行直徑2.4m的管線最終段安裝。
施工中，2/3的Yarra河依然開放使用，而專(zhuan) 業(ye) 潛水員在零可見度的情況下，在濕圍堰內(nei) 安裝管道段。
始於(yu) 2009年年中的施工，在穿越幹燥的槍管式直通導管過程中結束，這也是MMSR團隊的亮點。Lewis補充道，“過河管段設計和施工的成功均歸功於(yu) 密切合作的團隊工作法，並且是濕圍堰施工技術最佳實例，同樣適用於(yu) 墨爾本和世界各地。”
旁越泵送——應急情況
在既有汙水管線的北部和南部連接點建立起旁越泵送配置對John Holland和澳大利亞(ya) 工業(ye) 均屬首次。作為(wei) 墨爾本汙水管道唯一的出路，旁越既有汙水總管的應急措施必須金屬覆蓋，以便有效避免洪災破壞墨爾本的中央商業(ye) 區、公交樞紐和弗林德斯火車站這些潛在風險。旁越整個(ge) 城市汙水係統是一項巨大工程，所需係統可以應對每秒1000升的濕季峰值。所使用的該係統設計規定峰值流量，再考慮100%冗餘(yu) 度，還帶上了自動開關(guan) 、快速檢索功能和供電電源200%的冗餘(yu) 度。
另外，工程包括全時遙測技術和全時現場人員，用以監控該係統。加上，若實在沒別的辦法，工程按照順序施工，讓挖掘的工作井疏散，水流可以穿過未完工程，不致受到安全或者環境等問題的影響。
Lewis報道，自2011年8月，泵站溢流了35億(yi) 升的城市汙水。在整個(ge) 建設中，MMSR工程獲得了業(ye) 內(nei) 眾(zhong) 多關(guan) 注。“我們(men) 去年有3篇論文被收入在新西蘭(lan) 的大洋洲隧道工程學會(hui) 大會(hui) 。這些論文演示了我們(men) 從(cong) MMSR工程所專(zhuan) 注獲得的經驗，有益於(yu) 行業(ye) 發展。”
MMSR項目所使用的頂管機械概要：
*在Coode Island 粉土層推進的海瑞克1×2.1m直徑頂管土壓平衡盾構克服主米兰国际在线娱乐期內(nei) 管片襯砌作業(ye) 時經曆到的駕駛困難。
*1×300-500mm直徑Akkerman 導坑地層掘進機（GBM），自帶動力刀盤（PCH）―使用之後取得符合走線，快速生產(chan) 率和棄土不處理的代價(jia) 。
*1×300和1×500mm直徑海瑞克小直徑隧道掘進機，帶有泥水搬離（AVN）―膨潤土泥漿，用來控製流沙進入，使得這樣的機械完美應對墨爾本港沙層。
圖4 1800年代原始汙水隧道的施工