Diving and Working in Saturation Conditions
The Living Chamber
Saturation diving means living and working under hyperbaric conditions for long periods of time, i.e. anything up to 28 days, although the limits have never been fully tested. To enable divers and engineers to survive and work under these conditions requires a pressurised living chamber consisting of a number of rooms outside of the tunnel zone.
Up to 9 divers and engineers can live in this system, and it contains all the necessary facilities, from berths to showers and toilets.
The Transport Shuttle
Due to technical and hygienic reasons, it is not as a rule feasible to locate the saturation habitat in the tunnel zone and link it to the tunnel machine. This makes it necessary to use a mobile transportation system – a shuttle. The shuttle collects the divers from the habitat outside the tunnel zone and takes them to the tunnel, where they dock on to the tunnel machine. Each pressurised shuttle can take up to 4 divers, technicians and engineers.
Once it docks on to the tunnel machine, the passengers disembark and go to their stations in the control room and the excavation chamber to carry out all necessary inspection, maintenance and repair work to the cutterhead.
Hyperbaric Helmets
Unlike in the 4th Tube of the River Elbe Tunnel and Wesertunnel projects, where the pressure was in excess of 4.5 and 5.0 bar, we were unable to work with compressed air under the Westerschelde.
Instead, we used mixed gases, consisting of helium, nitrogen and oxygen. The equipment used by the divers was identical to that used in the other tunnel projects. Partially submerged work under the Westerschelde was carried out with the aid of a new, lightweight type of helmet used in the chemical industry.
These helmets, which are not available on the free market, were specially refitted and adapted for the task. All tests and trial runs prior to the start of the project were carried out at the Belgian Navy’s Hyperbaric Centre in Zeebrugge. This special helmet has two breathing regulators and a controllable cooling system, the latter being essential, as temperatures in front of the tunnel face can reach up to 50° Celsius.
Hyperbaric HelmetThis new helmet design of Composite Beat Engel, Switzerland is the construction of an overpressure helmet.
It has been realized in close cooperation with Nordseetaucher GmbH. This type of helmet - that with an additional kit can be transformed within one hour into a breathing controlled helmet - is now operational in extreme hazardous environment like tunnel machines and gives full satisfaction to the user. Every helmet is provided with connections for surface air/gas supply, an independent emergency air/gas connection and communications equipment.
The Nanjing Yangtze River Crossing Tunnel is a 2.990 m long twin tube crosses the river Yangtze in Nanjing, China. Two Slurry-TBMs (∅ 14.96 m) are in use to excavate the tunnel in soft alluvium strata. The strata are mainly silt and fine sand.
The tunnel invert’s deepest point is 65 m below sea level. Due to tidal influence the water level of the river is typically between +/-1.5 m above/below sea level.
On this project, welding in compressed air was the major task to carry out. From our experience and research of welding in compressed air and under water we knew that it is not a real problem. But this time it was very extreme. The buckets of 6 arms of the TBM had to be renewed.
Therefore we welded new supports on the side arms of the cutterhead. The total time of this work took more than 12 weeks, day and night. The pressure was up to 5.4 bar overpressure in air. To keep the support pressure stable we used bentonite with a special mixture of high density and viscosity.
For the welding operation we used the first time a new special designed compressed air helmet with triple air supply, two regulators and one free flow, communication and an integrated welding shield with sensors.
Maintenance and repair under compressed air was performed at up to 5.4 bar air pressure for works at the cutterhead and up to 6.5 bar for works at the stone crusher. Regular compressed air (no mixed gases) and oxygen decompression is successfully in use.
In total more than 4.000 h of compressed air works and more than 850 total man interventions are performed. Only 3 minor cases of decompression illness are reported.
饱和条件下潜水与工作
生活仓
饱和潜水即指长时间在高压条件下生活与工作, ，例 如超过28 天，但目前暂不明确人类可以停留的最长 时间。为满足潜水员和工程师能在此条件下工作，一 个加压的分居室的生活仓。它最大能容纳9 名潜水员 和工程师，里面应配置浴室，卧室和洗手间等设施。
穿梭闸
鉴于技术和卫生原因，在隧道区域建立饱和潜水员生活仓且 将生活仓与盾构机相连接并不可行，因此则需要配置一个移 动的运输装置——穿梭闸。穿梭闸将潜水员从隧道外的生活 仓接往隧道，然后潜水员再登入盾构机。每个穿梭闸最多可 运送4 个潜水员、技师和工程师。只要穿梭闸抵达盾构机， 穿梭闸内的人即可即可进入盾构机控制室和开挖藏进行刀盘 的检测和维修保养工作了。
高压潜水面罩
与工作压力为4.5 巴的易北河第四隧道和工作压力为5.0 巴的威 悉河隧道不同的是，我们并不能在Westersheld 隧道中进行压缩 空气潜水作业。取而代之的是由氦气、氮气和氧气组成的混合气 体。潜水员所有配置也与前面的项目配置大同小异。但是，在 Westershelde 隧道潜水作业中，我们选用了一种更轻的，只在化 学工业中用的面罩。这些面罩是为此项目特别改进的，在市场上 并不流通。在项目开始前，关于面罩的测试就已在比利时泽布勒赫海军高压中心进行。这种 特制的面罩拥有两条呼气调节装置以及一个可控冷却系统。由于在隧道掌子面的温度可以高 达50 摄氏度，所以冷却系统就十分必要了。
面罩是由高压面罩生产商瑞士Composite Beat Engel 公司设计制造的， 经过和我们北海潜水员公司的密切合作已证明此面罩十分可靠。面罩 内有一个转换装置，它可将面罩在一小时内可转换成可控呼吸面罩。 每个面罩都配有与地面供气管路连接的借口、独立的紧急供气借口以 及通讯装置。这种面罩现在已在环境条件十分恶劣的高压作业中使用， 例如隧道作业，使用者对其十分满意。
中国南京长江隧道是在中国南京的穿越长江的隧道项目，为全长 2990 米的双隧道，使用的是两台直径为14.96 米的泥水盾构，掘进地 质为黏土和细沙组成的软冲积层。
隧道仰供块最深处低于海平面65 米，由于潮汐影响，河面水位在正负 海平面1.5 米范围内波动。
此项目的主要施工任务为压缩气体内进行焊接作业。根据 我们以往的研究与经验，在压缩气体内进行焊接作业并不 成问题。但由于此次刀盘六个刀臂的铲刀均需翻新，所以 任务十分艰巨。在焊接进行前，刀盘边侧需焊接支撑。为 此，我们全天候日夜连续工作了12 周。工作压力已经达到 5.4 巴，为稳定压力，我们选用了添加了高密度、高黏稠 度的混合物的膨润土。
焊接工作中，我们采用了最新设计的面罩。面罩配有三条供气管 路，2 个调节器、1 条自由管路、通讯线路和带传感器的焊接护 罩。刀盘维修作业的压力最高达到5.4 巴，碎石机维修作业压力最高 至6.5 巴，但普通压缩空气作业（非混合气体）以及含氧减压都 顺利进行。在总共4000 小时的待压作业中，共进行了850 人次 进仓作业，减压病报告仅为3 例。
Bucear y trabajar en atmósferas de saturación
La cámara vivienda
El buceo en saturación supone vivir y trabajar en ambientes hiperbáricos durante largos períodos de tiempo, que pueden alcanzar los 28 días, aunque los límites no se hayan probado del todo. Para posibilitar que los buzos e ingenieros sobrevivan y trabajen bajo estas condiciones, se requiere una cámara presurizada situada fuera del túnel con habitaciones. En este sistema pueden llegar a habitar hasta 9 buzos e ingenieros y tiene todo lo necesario, desde literas hasta aseos y duchas.
El transbordador
Debido a razones técnicas e higiénicas no es factible colocar la cámara habitable en la zona del túnel y unirla a la tuneladora. Por eso construimos un sistema de transporte móvil: el “shuttle”. Este transbordador hace posible recoger a los buzos de sus cámaras habitables situadas fuera del túnel, llevarlos al túnel y acoplar el “shuttle” a la tuneladora. Cada transbordador presurizado puede transportar a cuatro personas. Tan pronto el transbordador se acopla a la tuneladora, los pasajeros desembarcan y se dirigen a sus puestos en la cámara de control y la rafadora, para llevar a cabo los trabajos de inspección, mantenimiento y reparación en la rafadora que sean necesarios.
Los cascos hiperbáricos
Contrariamente a los proyectos 4ª Galería del río Elba y Wesertunnel, con presiones superiores a 4,5 y 5,0 bar, en el proyecto Westerchelde no pudimos trabajar con aire comprimido. En cambio, utilizamos gases mixtos, formados por helio, nitrógeno y oxígeno.
El equipo para buceadores era el mismo que ya se había usado en otros proyectos. El trabajo parcialmente sumergido en Westerchelde se hizo con un nuevo casco, más ligero, que se utiliza en la industria química. Estos cascos, que no se pueden conseguir en el mercado, fueron reequipados y adaptados para esta labor. Todas las pruebas y ensayos necesarios antes de su empleo se realizaron en el Centro Hiperbárico de la Marina Belga en Zeebrugge.
Dicho casco dispone de dos reguladores de aire respirable y un sistema dirigible de refrigeración, siendo este último esencial, ya que en el frente se alcanzan temperaturas de hasta 50ºC.
Este nuevo casco diseñado por Composite Beat Engel en estrecha colaboración con Nordseetaucher GmbH, es un casco de sobrepresión operativo en ambientes extremadamente peligrosos, tales como tuneladoras y con un equipamiento adicional, se puede transformar en sólo una hora en un un casco de respiración controlada.
Cada casco viene con conexiones para suministro en superfície de aire/gas, una conexión independiente de emergencia aire/gas y equipo de comunicaciones.
El Nanjing Yangtze River Crossing Tunnel es un túnel doble de 2.990 m de longitud que cruza el río Yangtze en Nanjing, China. Dos tuneladoras de lodo (∅ 14.96 m) están excavando el túnel en terreno blando de depósito aluvial. La capa consiste principamente en sedimentos y arena fina.
El punto más profundo del túnel se halla a 65 m bajo el nivel del mar. El nivel normal del agua en el río oscila entre +/-1,5 m sobre/bajo el nivel del mar.
En este proyecto el principal trabajo consiste en el soldeo en aire comprimido. Con nuestra investigación y experiencia en soldadura, tanto en aire comprimido como bajo el agua, ello no tenía porqué ser un problema. Sólo que este caso resultaba relamente complicado ya que se tenían que sustituir las palas de seis brazos de la tuneladora. Para ello hemos soldado nuevos soportes en los brazos laterales de la rafadora. Eso nos ha llevado trabajar día y noche durante más de doce semanas en una sobrepresión de hasta 5,4 bar. Para mantener estable la presión de soporte utilizamos bentonita con una mezcla especial de alta densidad y viscosidad.
Los trabajos de mantenimiento y reparación se han efectuado en presiones de hasta 5,4 bar en la rafadora y hasta 6.5 bar en el quebrantador. Se han utilizado exitosamente aire comprimido regular (no gases mixtos) y descompresión de oxígeno. En total se han hecho 4.000 horas de trabajo en aire comprimido y 850 intervenciones. Solamente se han reportado 3 casos leves de enfermedad de descompresión.
Para los trabajos de soldadura hemos usado por vez primera un nuevo casco especialmente diseñado para aire comprimido con: triple suministro de aire, dos con reguladores y uno con fluido libre; comunicación; y un protector integrado para soldadura con sensores.
