Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Хун Кайжун

Проходческий щит с грунтопригрузом длиной 64 м был использован для дренажного туннеля теплоэлектростанции Wujing в Шанхае. Туннель был облицован собранным железобетонным тюбингом с внешним диаметром 5 м и внутренним диаметром 84 м. Когда туннель достиг своего конца, внутреннее оборудование щита было удалено, а оболочка щита осталась в туннеле, с шестью стояками, установленными примерно в 35 м от конца. Водосброс расположен в 60 м выше по течению от Паньцзяган в Пудонге, а дренажный водосброс построен методом вертикального подъема.

Проходческий щит с грунтопригрузом диаметром 64 м, разработанный в Шанхае, является новым типом щита, разработанным на основе 20-летнего опыта проектирования, производства и строительства щитов в соответствии с международной

тенденцией развития щитов, а также является самым большим проходческим щитом с подачей воды в Китае на тот момент. Общая конструкция щита практична, конструкция рабочего органа нова, обладает высокой способностью резать твердый грунт, шнековый конвейер имеет хорошую производительность разгрузки бурового глинистой воды и использует функцию саморегулирования и предварительную регулировку давления на грунт для стабильной и надежной работы.

В щите используется упрощенный процесс разбивки на несколько блоков для изготовления и сборки на месте, что снижает стоимость строительства и сокращает цикл обработки. Оболочка щита изготавливается с помощью процесса полукруглого формования на каркасе шины без необходимости металлообработки, и ее точность соответствует требованиям конструкции. Щит был использован в дренажном туннеле для 6-й фазы расширения тепловой электростанции «Вуцзин». 655 м туннеля было проложено во время строительства, включая 326 м темно-зеленого субглинистого слоя твердой почвы, который показал хорошую проходку, хороший баланс давления почвы и минимальное нарушение окружающих слоев почвы, эффективно контролируя оседание грунта и защищая прилегающий угольный терминал от ударов.

В 1990 году была начата прокладка всей 1-й линии Шанхайского метрополитена, и для туннеля с интервалом 18 км было использовано семь сбалансированных щитовых конструкций диаметром 34 м (рис. 1-41), которые были изготовлены совместно FCB, Шанхайской туннельной компанией, Шанхайским институтом проектирования туннелей и судостроительным заводом Худун. Каждый щит бурится на протяжении 200 м в месяц, а осадка грунта контролируется в пределах от + 1 до – 3 см.

В 1995 году началась проходка 24, 12-километрового промежуточного туннеля 2-й линии Шанхайского метрополитена, в котором снова использовались 7 оригинальных проходческих щитов с грунтопригрузом и 2 грунтопригрузных щита, импортированных французской компанией FMT, вместе с 34-метровым грунтопригрузным щитом, совместно изготовленным французской компанией FCB, Шанхайской туннельной компанией, Шанхайским институтом проектирования туннелей и судостроительным заводом Худун (рис. 1-42). Для строительства 2-й линии было использовано в общей сложности 10 щитов с грунтопригрузом.

Рис. 1-41. 34-метровый щит, изготовленный совместно с судостроительным заводом Худун и FCB (Франция). Проходческий щит с грунтопригрузом «Дружба» (1990 г.)

Рис. 1-42. 34-метровый щит, построенный совместно с судостроительным заводом Худун и FCB (Франция). Проходческий щит с грунтопригрузом «Введение в эксплуатацию» (1995 г.)

1.4.2. Инновационный период в китайской щитовой технологии

Период 2002–2008 гг. стал инновационным для щитовой технологии Китая, поскольку Министерство науки и техники включило разработку щитовой технологии в государственный план исследований и развития высоких технологий (государственный план «863»), в то же время независимые исследования

и разработки щита официально вступили в стадию внедрения. В этот период Китай стремился «сделать лучший щит в Китае», совершив исторический прорыв в развитии китайских щитов.

1) Общие сведения о государственном плане «863»

Ключевые темы исследований государственного плана «863» в области щитовой технологии представлены в таблице 1-1.

Таблица 1-1. Национальная программа «863» об исследованиях щитовой технологии

2) Исследование и проектирование проходческих щитов с грунтопригрузом

В августе 2002 года Министерство науки и техники включило проект «Исследование и проектирование полносекционной туннелепроходческой машины диаметром 3 м» в государственный план исследований и развития высоких технологий (план «863»). В результате открытого тендера проект возглавила Китайская корпорация железнодорожных туннелей совместно с Чжэцзянским университетом, Лоянским технологическим институтом, Китайской первой корпорацией тяжелого машиностроения, Юго-западным университетом Цзяотун и другими соответствующими техническими подразделениями в Китае для формирования технологического альянса по проведению технических работ проходческого щита с грунтопригрузом диаметром 3 м.

Под руководством государственного плана «863» были завершены исследования и проектирование структуры основной части, гидравлической системы передачи, электрической системы и системы опорной части проходческого щита с грунтопригрузом диаметром 3 м.

Завершены исследования и проектирование инструментов для системы щита, разработка и производство добавок для пены щита и смазки для герметизации хвостовой части щита. В ходе исследований были подготовлены три книги проектной документации для главного двигателя, одна книга проектной документации для винтового конвейера и одна книга проектной документации для тюбинга; завершены пять книг проектных чертежей для основной машины, одна книга проектных чертежей для тюбинга, одна книга проектных чертежей для винтового конвейера, три книги проектных чертежей для последующей сборки и одна книга проектных чертежей гидравлической системы, всего 16 книг.

3) Разработка и применение рецзовой головки проходческого щита и гидравлического привода

В конце 2002 года была изучена технология совместного применения гидравлической движительной системы щита и гидравлической системы гидропривода, оптимизация проектирования движительной гидравлической системы щита была осуществлена путем контроля нагрузкой, постоянного контроля мощности гидравлического насоса, всеобщим подбором мощностей и других технологий, также были проведены показательные работы.

15 июля 2004 года разработанные резец, резцовая головка (рис. 1-43) и гидравлическая система были успешно использованы при промышленных испытаниях второй линии Шанхайского метрополитена, достигнув непрерывной проходки 2650 м, со средней месячной проходкой 331 м и максимальной месячной проходкой 470 м, что соответствовало показателям, требуемым проектом.

26 марта 2005 года был успешно завершен щитовой тоннель для западного продолжения второй линии Шанхайского метрополитена, что ознаменовало собой значительное достижение государственного плана «863» возглавляемое Китайской корпорацией железнодорожных туннелей в области разработки и применения режущего инструмента резцовой головки и гидравлических приводов.