Технология щитовой проходки
Одним из наиболее прогрессивных способов строительства тоннелей различного назначения является закрытый, с помощью проходческих щитов.
В сочетании с различными специальными способами производства работ (химическое закрепление грунтов, инъекционные сваи, искусственное замораживание грунтов, противофильтрационные завесы, «стена в грунте» и т.п.), способ щитовой проходки (рис.235) в большинстве случаев единственно возможен при строительстве и реконструкции автомобильных дорог.
Рис.235. Механизированный проходческий щитовой комплекс КЩ-4Б
1 – механизированный проходческий щит ПЩМ-4; 2 – тельфер Т-51.1; 3 – технологическая платформа: 4 – блоковозка; 5 – ленточный конвейер; 6 – вагонетка УВГ-1,0; 7 – установка для нагнетания раствора за блочную обделку РНЩ-0,3; 8 – электровоз АК-2У
Тоннели, создаваемые при помощи проходческих щитов, могут служить не только для пешеходных переходов и транспортных магистралей, но и совмещенного размещения трубопроводов и кабелей, но и в качестве канализационных каналов, водоводов, водостоков,.
Проходческий щит – подвижная стальная крепь, под защитой которой выполняют разработку породы и сборку обделки.
Щитовую проходку применяют в слабых неустойчивых породах: илах, плавунах, песках различной влажности, супесях, суглинках и глинах.
Возведение автотранспортных тоннелей – сложный комплекс технологических операций, важнейшими из которых являются разработка забоя и погрузка грунта в щитовом агрегате, транспортировка грунта по тоннелю к шахте, доставка крепежных материалов и установка крепи.
По способу разработки грунта в забое проходческие щиты могут быть: с ручной разработкой грунта; с разработкой механизированными инструментами, с частично механизированной разработкой; с механизированной разработкой грунта различными рабочими органами; с разработкой взрывным способом; с разработкой грунта комбинированными способами.
Все работы по щитовой проходке должны выполняться по типовым технологическим картам, а при их отсутствии – по ППР. Технологические карты должны учитывать горно-технические условия конкретного объекта и производства специальных видов работ, сопутствующих щитовой проходке, определенных проектом.
Щитовой способ строительства позволяет выдерживать проектный профиль тоннеля со средним отклонением ±2,2 см. Отклонение от проектного положения проходческого щита в продольном профиле для автотранспортных тоннелей допускается ±7 см для щитов всех диаметров.
Форма щита повторяет форму сооружаемой обделки; преимущественное распространение получили щиты цилиндрические, так как в слабых породах обычно применяют обделку кругового очертания.
После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину заходки W щит продвигают вперед в свободное пространство при помощи щитовых домкратов, опирающихся на последнее кольцо обделки. Частично порода в забое при движении щита может срезаться его ножевой частью. После перемещения щита штоки домкратов убирают и под оболочкой начинают монтировать очередное кольцо обделки. Породу в забое крепят щитами из досок, которые прижимают забойными домкратами.
В пределах опорного и ножевого колец внутреннее пространство щита разделено на рабочие ячейки вертикальными и горизонтальными перегородками. Для удобства ведения работ в забое устроены выдвижные платформы, перемещение которых выполняется домкратами.
Ножевое и опорное кольца щита собирают из литых стальных элементов – сегментов, соединяя их между собой болтами. Форма сегментов близка у форме тюбингов чугунной обделки.
Ножевая часть ограждает призабойное пространство при разработке породы и может быть использована в качестве орудия проходки, когда щит давлением домкратов врезается в уступ породы, оставленной по периферии выработки.
Опорное кольцо является основой несущей конструкции щита. В нем устанавливают перегородки, выполняющие роль инвентарных подмостей, а также механизмы и органы управления щита. В полостях сегментов опорного кольца размещают щитовые домкраты. Оболочка ограждает место сборки обделки тоннеля.
В отличие от горного способа работ, где выработка продолжительное время поддерживается временной крепью, при щитовой проходке сборку обделки выполняют немедленно вслед за разработкой породы. Благодаря этому снижаются осадки кровли и горное давление, но одновременно возрастает стесненность работ в призабойном пространстве, успешное выполнение которых обеспечивается механизацией и четкой организацией.
Рис 236. Схема проходческого щита.
1 – ножевое кольцо; 2 – опорное кольцо; 3 – оболочка; 4 – сборная обделка; 5 – щитовые домкраты; 6 – выдвижные платформы; 7 – забойные домкраты; 8 – домкраты выдвижных платформ; 9,10 – вертикальные и горизонтальные перегородки.
Рис 237. Схемы механизированных щитов для проходки в породах.
а- водонасыщенных неустойчивых; б- песках естественной влажности; в- глинах пластичных; г- твердых сухих глинах.
Примером механизированного щита для проходки в неустойчивых водонасыщенных породах может служить конструкция (рис. 237, а), в которой на радиальных балках укреплены резцы, скалывающие породу с поверхности эабоя при вращении крестовины и подаче ее вперед.
В песках естественной влажности при проходке перегонных тоннелей Ждановского радиуса Московского метрополитена были применены щиты с рассекающими перегородками в головной части (рис. 237, 6). Благодаря правильному сочетанию перемещения щита и удаления песчаной осыпи с перегородок удалось добиться рекордной скорости проходки в 400 ног. м готового тоннеля в месяц. Позднее в аналогичных условиях на Замоскворецком радиусе была достигнута еще большая скорость проходки 430,6 пог. м в месяц.
В щитах с рассекающими перегородками использована способность осыпавшейся части песка выполнять функцию, крепления забоя, предотвращая дальнейшее обрушение сыпучей породы в пределах каждой рабочей ячейки. Порода осыпи по мере продвижения щита направлялась при помощи лотков и транспортеров в вагонетки.
Для проходки тоннелей Киевского метрополитена в пластичных глинах был создан механизм (рис. 237, в), оборудованный стальным диском, который, будучи прижатым домкратом подачи к плоскости забоя и вращаясь при включении привода, выполнял одновременно две функции — крепи и режущего органа. В прорезях диска закреплялись резцы, снимавшие стружку породы. Скорость чистого резания пород составляла 0,6 пог. м/ч.
Щит, оборудованный таким механизмом, позволил достигнуть суточной скорости проходки тоннеля, равной 12 м.
Механизм планетарного действия (рис. 237, г) с шестью дисковыми ф резами, укрепленными на крестовине, предназначен для щитовой проходки в плотных сухих глинах. Срезанные частицы породы в лотковой части подбираются ковшами, которые укреплены на кольцевой обвязке вращающейся крестовины и со стороны, противоположной плоскости забоя, не имеют стенки, но закрыты неподвижной стальной перегородкой, имеющей окно в верхней части. Когда ковш совмещается с этим отверстием, порода из него самотеком через окно попадает на транспортер.
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите способы постройки тоннелей?
2. Что, из себя, представляет конструкция тоннеля?
3. Какова технология щитовой проходки?
4. Суть различных схем механизированных щитов для проходки в различных породах?
Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 4646 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС И ДРУГАЯ ТЕХНИКА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ
Англоязычный термин « тоннель » происходит от старофранцузского слова, означающего бочку. Так на многих языках называют подземные сооружения, длина которых существенно превосходит их ширину и высоту. Древнейшие из тоннелей, которые ученые могут с уверенностью отнести к известным истории культурам, относятся к Египту (где их прокладывали при сооружении гробниц и храмов, а также при добыче строительных материалов) и Междуречью (здесь около 2160 года до нашей эры был проложен первый подводный тоннель под рекой Евфрат). В Средневековье тоннелирование применялось главным образом во время войн (подкопы под укрепленные сооружения) и, в меньшей степени, — для добычи ископаемых материалов.
Тоннели помогали людям обходить природные препятствия и существенно сокращать путь, а также разводить пересекающиеся транспортные потоки — собственно, это их главные функции до сего дня. В ХХ веке появились даже специальные экологические тоннели, прокладываемые вдоль звериных троп и позволяющие животным безопасно перемещаться на удалении от объектов жизнедеятельности человека.
Словом, все сферы жизни, в которых сегодня применяется тоннелирование, даже просто перечислить весьма сложно. Возможно, проще будет назвать основные технологии современного тоннелестроения и несколько из множества образцов техники, которая используется для прокладки тоннелей. Именно это мы и сделаем.
Главной и наиболее трудоемкой частью строительства тоннеля является получение выработки — искусственной пустоты в земной коре. В зависимости от того, в устойчивых или неустойчивых породах строится тоннель, выработку в первом случае оставляют без закрепления, во втором — устанавливают временную крепь и затем выполняют обделку. Последняя принимает на себя давление горных пород и обеспечивает гидроизоляцию сооружения. На входе и выходе в тоннель располагают порталы, внешний вид которых вписывают в ландшафт местности.
Тоннели, залегающие неглубоко, часто строят открытым способом.
Он сравнительно недорог, однако требует перепланировки местности, включая перекладывание дорог и коммуникаций. Для подобного строительства применяют котлованный и траншейный, а также щитовой способ, с использованием прямоугольного щита, с помощью которого возводят обделку тоннеля. Если сооружение тоннеля осуществляется в сложных инженерных условиях, в процессе строительства применяются специальные методы, такие как дренаж, замораживание грунтов и кессонный способ с применением сжатого воздуха.
Для возведения тоннелей глубокого залегания (глубиной более 20 метров), а иногда и мелкого, применяют закрытый способ строительства.
К нему относится горный способ проходки, когда забой обуривается шпурами, в которые затем укладывается взрывчатое вещество; после взрыва разрушенную горную породу транспортируют наружу, а в полученной таким способом выработке сперва устанавливается временная крепь, а затем выполняется обделка.
Другой способ — комбайновый, получивший свое название от специальных машин, оснащенных рабочими органами различного типа, которые разрушают породу. Существует и ряд других способов проходки — новоавстрийский (с использованием податливого свода), с применением сжатого воздуха, замораживания, водопонижения и закрепления грунтов специальными растворами.
Однако наиболее производительным способом, используемым для строительства масштабных объектов, считается щитовой — с применением тоннелепроходческого комплекса, позволяющего выполнять разработку грунта на полное сечение.
За рабочую смену щит такого комплекса может продвинуть строительство тоннеля на расстояние от 0,5 до 40 метров в зависимости от условий работы. Непосредственно за тем, как продвигается выработка, выполняется обделка тоннеля — в одном из наиболее распространенных вариантов порода крепится при помощи анкеров, стальной сетки и стальных арочных креплений, а также нанесения торкрет-бетона.
Тоннелепроходческий комплекс часто называют кротом за его способность проникать не только сквозь почвы, но и сквозь самые твердые горные породы. Диаметр выработки, получаемой в результате работы современных ТПК, составляет от одного и почти до двадцати метров. (Для того, чтобы просверливать породы диаметром менее метра используют оборудование для горизонтально-направленного бурения.)
Тоннелепроходческие комплексы рассматривают как современную альтернативу буровзывным и комбайновым методам, при которых приходится транспортировать наружу огромные объемы разрушенной породы, что весьма трудозатратно. Кроме того, ТПК работают намного филиграннее, минимизируя нарушения окружающего грунта и оставляя после себя гладкие стены, что значительно снижает затраты на строительство тоннеля и позволяет применять ТПК даже в районах с плотной застройкой.
Однако транспортировка этих комплексов к месту работ из-за их внушительных габаритов и массы представляет собой дело непростое — да и стоимость этого оборудования, изготавливаемого штучно, для работы в тех или иных конкретных условиях, весьма высока сравнительно с ценой другой техники, применяемой при тоннелировании.
Интересно, что самый первый тоннелепроходческий щит был сконструирован еще в 1825 году для строительства тоннеля под Темзой сэром Марком Брунелом. Однако он был лишь прообразом современных машин: после его работы требовалась последующая разработка породы стандартными способами.
Сегодня ведущим мировым производителем тоннелепроходческих комплексов является группа компаний Herrenknecht AG из Германии.
Впрочем, само предприятие позиционирует себя как поставщика комплексных технических решений в области механизированного тоннелестроения, придерживаясь в своей работе подхода «все услуги под одной крышей». Комплексы с одним или двумя щитами, миксщиты для работы в неоднородных грунтах, проходческие щиты с грунтопригрузом забоя, способные измельчать грунт в однородную массу, избегая, таким образом, неконтролируемого притока грунта в машину, комплексы с рабочим органом избирательного действия, легко адаптирущиеся к изменяющимся геологическим условиям как в несвязном грунте, так и в скальной породе, грипперные установки для скальных пород — вот далеко не полный список видов тоннелестроительной техники, изготавливаемой Herrenknecht.
Разумеется, в современном мире Herrenknecht — не единственное предприятие, выпускающее тоннелепроходческие комплексы. Компания The Robbins изготовила ТПК диаметром 14,4 метра для твердых пород, который использовался для строительства гидроэлектрического тоннеля под Ниагарским водопадом и получил собственное имя — Большая Бекки.
При строительстве тоннелей используется большое число самых разных видов спецтехники и оборудования — от хорошо знакомых всем нам мини-погрузчика и мини- экскаватора со специфичными навесными агрегатами до узкоспециализированной робототехники. Такой, как, к примеру, демонтажный робот «Атлант 4000» производства российской компании ССТ («Специальная Строительная Техника»).
Кроме применения в атомной промышленности, в цветной металлургии, при сносе и демонтаже зданий «Атлант» также широко используется и в тоннелестроении. Здесь он выполняет демонтаж упорных стенок и пробивку отверстий тоннелепроходческих комплексов, осуществляет проходку стволов шахт и разработку горных пород. При необходимости управляемый дистанционно «Атлант», оснащенный гидромолотом, может участвовать в аварийно-спасательных работах, действуя даже в самых опасных зонах без угрозы для жизни и здоровья людей.
Машина полным весом 4,4 тонны на двух гусеничных движителях оборудована четырьмя надежными стабилизаторами и шестиметровой стрелой с гидромолотом на конце. Энергия удара последнего составляет более 610 джоулей, частота — 600—1400 ударов в минуту. Мощность электрического силового агрегата «Атлант» — 30 киловатт. Полноповоротная база машины способна совершать полный круг за 20 секунд и рассчитана на максимальный угол наклона в 23 градуса. Цифровая дистанционная система позволяет оператору управлять работой «Атланта» по кабелю или посредством радиосигнала с расстояния до 200 метров.
Еще одна разработка компании ССТ — миксерные станции «Вихрь», предназначеные для приготовления цементных или цементно- бетонитовых растворов, содержащих до шести компонентов, с заданным весовым соотношением в автоматическом режиме.
Для его дальнейшего использования при специальных строительных работах. Такие растворы в больших объемах используются тоннелепроходческими комплексами, применяются для струйной цементации грунтов, устройства анкеров и других работ, выполняемых при обделке тоннелей.
Принцип действия у миксерной станции следующий. Миксер приготавливает рабочий раствор и перекачивает его в накопитель. Смешивание компонентов происходит в турбулентном потоке, создаваемом центробежным насосом. Для того, чтобы предотвратить осаждение частиц цемента, раствор поддерживают в подвижном состоянии. Лопасти, подмешивающие раствор, приводятся во вращение электродвигателем через понижающий редуктор, установленный на баке накопителя. Каждая из станций снабжена внутренним фильтром, позволяющим приготавливать цементные растворы с содержанием примесей в сухом цементе до 1%.
Максимальную производительность из установок этого типа имеет модель «Вихрь 30». Доступная в контейнерном исполнении, она приготавливает до 30 кубометров раствора в час. Работая полностью в автоматическом режиме, станция не требует постоянного присутствия оператора — ему необходимо лишь задать программу работы станции на всю смену. Центробежный насос, установленный на миксерную станцию, обеспечивает качественное промешивание раствора. В баке накопителя емкостью 2000 литров установлены лопасти, непрерывно подмешивающие раствор, что препятствует его расслоению и осаждению частиц. Минимальное водоцементное отношение раствора, приготавливаемого «Вихрем», составляет В/Ц=0,4.
Объем бака миксера станции — 800 литров. Потребляемая ей мощность составляет 18,5 киловатт. Габариты «Вихря 30» (длина/ширина/высота) — 6056х2438х2591 миллиметров, масса миксерной станции — 5400 килограммов. Миксерные станции «Вихрь», работающие в автоматическом и полуавтоматическом режимах, оснащаются электронными весовыми терминалами итальянского производства, позволяющими вести весовую дозировку компонентов. Для этого на опорах миксерного бака установлены тензодатчики.