Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Хун Кайжун

2) Под определенный туннелестроительный объект создается уникальный щит. Несмотря на то, что щиты, в условиях схожих земляных пластов и природных условий, обладают определенными сходными параметрами, тем не менее большинство из них снабжены отличающимся специальным оборудованием, подходящим исключительно для использования на определенном строительном объекте (по так называемому индивидуальному крою). Они разрабатываются, изготавливаются либо модифицируются в соответствии с размером сечения туннеля, условиями глубины пролегания и определяющими факторами окружающих пород. Когда предполагается применять один и тот же щит на других участках либо туннельных проходах, необходимо учитывать размер сечения, механику стабилизации забоя,

размер фракции окружающих пород и прочие основополагающие факторы окружающих условий на предмет совпадения, в случае отличий необходимо провести соответствующую модификацию для использования в отличающихся геологических условиях. Производство щита должно происходить с опорой на предполагаемый проект использования и в тесной связи с инженерной геологией данного проекта.

3) Высокие требования к точности работы. В отличие от других видов земляных строительных технологий щитовая проходка крайне требовательна к точности проведения работ. Точность изготовления тюбингов примерно такая же, как при изготовлении оборудования, так как нет возможности регулировки плоскости сечения, то к отклонению осевой линии шахты, тюбингам и точности установки применяются очень высокие требования.

4) Щитопроходные работы могут проводиться только в одну сторону, потому что внутренний диаметр тюбингового кольца меньше внешнего диаметра щита, то после начала работ нет возможности обратного хода. В случае необходимости возвратного движения щита пришлось бы разбирать установленные тюбинговые кольца, а это крайне опасно. Также обратное движение щита может вызвать дестабилизацию забоя, поломку хвостовых щеток щита и серию других проблем. Поэтому огромное значение имеет предварительно проделанная работа, ведь при встрече препятствия, поломке режущего инструмента и прочих проблемах, решить их представляется возможным только после проведения особых вспомогательных работ посредством открытия специального люка на разделительной перегородке, через который рабочий персонал может попасть из кессонной камеры в землеприемный призабойный отсек и устранить неполадку.

2.1.5. Преимущества и недостатки метода щитовой проходки

При сравнении метода щитовой проходки с традиционными методами строительства туннелей метро, первый обладает такими преимуществами как малая площадь проведения работ над землей, низкий уровень влияния на окружающую среду, высокий уровень автоматизации, безопасность, экологичность и т. д. Сталкиваясь с задачами строительства туннелей больших диаметров, на длинных дистанциях и больших глубинах, метод щитовой проходки развивался и созревал, постепенно приобретая все большее доверие и количество сторонников; на сегодняшний день он становится основным методом туннельного метростроительства.

Метод щитовой проходки имеет следующие основные преимущества:

1) Высокая скорость. Щит является особым комплексным специализированным оборудованием для туннелестроительных работ, объединяющим в себе механические, электрические, гидравлические, сенсорные и информационные технологии. При щитопроходном методе экскавация земляных пластов, транспортировка грунта, установка обделки, спайка водонепроницаемых швов, заполнение хвостового зазора цементной суспензией и прочие работы проходят под защитой конструкции щита. При таком промышленном масштабе проведения работ, скорость экскавации сравнительно высока.

2) Высокое качество. В щитовом методе применяется тюбинговая обделка, это легко контролируемое качество конструкции и эстетичный внешний вид.

3) Высокая эффективность. Скорость работ щитовым методом сравнительно высокая; так как сроки работ легко контролируемы, ощутимо повышается экономический и социально-инфраструктурный коэффициент полезности; при этом требуется малое количество персонала при низкой трудозатратности.

4)

Высокий уровень безопасности. С применением щитового метода улучшились условия персонала, выполняющего работы в шахте. Проведение работ внутри корпуса щита позволяет избежать травм и снизить количество чрезвычайных происшествий.

5) Высокая экологичность. Малая площадь наземной рабочей площадки, сокрытая от глаз рабочая зона, малое шумовое и вибрационное воздействие на окружающую среду, прохождение наземных комплексных сооружений и зон, насыщенных подземными трубопроводными и кабельными коммуникациями, без нарушающего воздействия на окружающую инфраструктуру.

6) Стоимость и технологическая сложность работ в основном не зависит от глубины строительства, т.о. данная технология подходит для строительства туннелей на большой глубине. Сравнивая щитовой метод с открытым котлованным методом, с экономической и временной точки зрения, чем глубже шахта, чем хуже фундамент, чем больше коммуникаций и сооружений, создающих помеху для подземных работ, тем выгоднее применение щитового метода.

7) Проходя под реками или морями, туннелепроходные работы не влияют на судоходный фарватер; климатические условия также не создают никаких помех для строительства.

8) Высокий уровень автоматизации и информатизации. В щите применяются технологии компьютерного управления, лазерной навигации, опережающего геологического зондирования, сенсорные, измерительные и информационные технологии. Щит – это комплексное оборудование для производства туннелестроительных работ, объединяющее в себе сборочные, оптические, электрические, пневматические, гидравлические и информационные технологии, тем самым достигается преимущество высокой степени автоматизации. В нем также применяются такие возможности, как функция сбора данных о ходе работ, функция управления положением в пространстве, функция управления данными о ходе работ, функция передачи данных о ходе работ в реальном времени, тем самым достигается высокая степень информатизации работ.

Метод щитовой проходки обладает следующими недостатками:

1) Стоимость оборудования достаточно высокая, значит, подходит не для всех проектов.

2) Щит сложно приспособить к условиям с изменением проходного сечения.

3) Сложно производить экскавацию при работах в условиях малого радиуса закругления (<= 80 м).

2.1.6. Область применения метода щитовой проходки

1) Относительно взаимодействия с теми или иными геологическими условиями и условиями окружающей среды существует множество различных способов туннельного строительства, однако, использование метода щитовой проходки при строительстве подземных туннелей все же обладает своими уникальными особенностями.

XXI век – это век подземных пространств, а щит – это основной инструмент в подземном строительстве, он играет ключевую роль в процессе разработки подземных пространств, особенно в условиях плотной населенности и загруженной транспортной инфраструктуры больших городов. Метод щитовой проходки является неотъемлемой частью современного строительства, и с постоянным развитием технологии строительства подземных сооружений, подземных трубо-кабельных коммуникаций, подземного железнодорожного сообщения он также идет в ногу со временем.

За последние полвека щитопроходный метод получил стремительный рост. Начав свой путь с ручной экскавации сжатым воздухом, он развился до современных, разнообразных щитов с гидро- и грунтопригрузом, с возможностью работать на больших диаметрах, на проектах высокой сложности, на высоких скоростях, с применением «умных» технологий и получил широкое применение в различных передовых областях. Можно сказать, метод щитовой проходки подходит для всех типов экскавационных туннелестроительных работ в условиях мягких грунтовых пластов и мягких горных пород.