Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Хун Кайжун

В период 60–80-х годов XX века метод щитовой проходки продолжил свое развитие, добившись значимых результатов. В 1960 году в Лондоне начали применять проходческую машину барабанного типа; в том же году в Нью-Йорке впервые были применены гидравлические домкраты для проходки щита; в 1967 году при строительстве туннеля Сайтама в Японии впервые использовался щит с гидропригрузом от компании «Мицубиси», в котором впервые была осуществлена технология нагнетания глинистой воды; в 1963 году японская компания «Satto Kogyo» представила щит с грунтопригрузом, и в 1974 году он был успешно применен в Токио, а в 1975 году был запущен щит с гидропригрузом. В 1978 году Япония представила разработку щита с гидропригрузом высокой концентрации;

в 1981 году в Японии вышел в свет пузырьковый щит; в 1982 году Япония изобрела щитопроходный метод ECL (Extruded Concrete Lining – экструдированная бетонная обделка); в 1988 году там же был изобретен метод парнокольцевой проходки шламового типа; в 1989 году Япония представила разработку метода H&V и метода бетонирующей проходки. Таким образом, характерной особенностью данного периода стало изобретение множества новых типов щитовой проходки и широкое применение щитов с гидро- и грунтопригрузом.

После 1990 года технический прогресс метода щитовой проходки был чрезвычайно значительным и получил следующие характерные особенности:

1) Увеличение дистанции и диаметра проходки.

Туннель под Ла-Маншем (также известный как Евротуннель) между г. Дувр в Великобритании и г. Сангатт во Франции, соединивший две страны, состоит из двух однолинейных железнодорожных веток диаметром 7.6 м и одной вспомогательной ветки диаметром 4.8 м. В настоящее время является одним из трех крупнейших подводных туннелей в мире. Его строительство началось в декабре 1987 года, вспомогательный туннель был сдан 1 декабря 1990 года, северная ветка была завершена 22 мая 1991 года, а строительство южной ветки завершилось 28 июня 1991 года. Туннель под Ла-Маншем был завершен и сдан в эксплуатацию в июне 1993 года. Протяженность однополосной железнодорожной линии туннеля под проливом составила более 49 км, из которых 38 км составил участок, проходящий по морскому дну, а максимальная глубина туннеля составила 100 м. Туннель под Ла-Маншем был разделен на 12 строительных секций по всей линии; на французской стороне использовались пять щитопроходных установок с грунтопригрузом диаметром 8.8 м, а со стороны Великобритании использовали шесть сдвоенных проходческих машин.

При строительстве туннеля через Токийский залив в Японии были применены восемь щитопроходных установок диаметром 14.14 м, работы закончились в 1996 году, а в 1998 году туннель протяженностью 15.1 км был сдан в эксплуатацию.

При строительстве туннеля через пролив Сдоберт в Дании использовались четыре щита с грунтопригрузом диаметром 8.782 м, 18-километровый проект объединил берега пролива туннелем протяженностью 7.9 км и был успешно завершен в 1996 году.

Проект строительства четвертого туннеля через Эльбу в Германии был выполнен с применением одной шламовой щитопроходной установки диаметром 14.2 м и успешно завершен в 2003 году.

В 2004 году при прохождении туннеля Green Heart Tunnel в Нидерландах использовался щит с гидропригрузом диаметром 14.87 м.

2) Разнообразие видов сечения проходки.

Что касается формы поперечного сечения, появилось множество щитов самой разной формы поперечного сечения, таких как: прямоугольные, прямоугольновидные, подковообразные, эллиптические и многокруглые (двухкруглые, трехкруглые). С функциональной стороны использования появились такие виды как: сферические щиты, материнские щиты (MSShield), расширяющиеся щиты, щиты переменного диаметра, разнонаправленные щиты (H&V), щиты с заменяющимися резцами в процессе проходки (бескотлованные), щиты напрямую удаляющие препятствия на пути и другие особые щиты; со стороны способа экскавации появились такие, как щиты со встряхивающей и качающей экскавацией, оставившие традиционные методы вращательной экскавации в прошлом.

3) Свобода проведения работ.

В

щитопроходных комплексах появилось такое оборудование, как автоматические установки подачи, перемещения и монтажа тюбингов; системы автоматического контроля направления движения и местоположения во время проходки; системы управления автоматизацией и информатизацией, а также системы определения неполадок.

2.2.2. История развития щитопроходной технологии в Китае

1) Начальный этап развития щитопроходной технологии в Китае

В 1953 году для строительства северо-восточной угольной шахты Фусинь использовали щит с ручной экскавацией диаметром 2.6 м и предварительно изготовленные небольшие бетонные блоки для формирования стоков дренажных вод. Этот туннель стал первым в Китае, построенным с помощью метода щитовой проходки. В 1957 году при строительстве пекинского канализационного туннеля применили щит диаметром 2.6 м.

2) Прогресс и развитие технологии щитовой проходки в 60–70-е годы XX века

В 1962 году компания туннельных работ Управления городского строительства г. Шанхай провела систематические испытания щитопроходной установки в условиях шанхайских мягких грунтовых слоев. Для этого был изготовлен простой щит открытого типа с ручной экскавацией диаметром 4.16 м. Испытания проводились на двух показательных видах пластов. Для стабилизации алевритных и мягких глинистых пластов использовали водное осаждение и воздушную компрессию. После проведения многократных процедур обоснования и наземных испытаний, в качестве облицовки туннеля были выбраны однослойные железобетонные тюбинги, соединенные между собой болтами, а в качестве гидроизоляционного материала швов использовалась каменноугольная эпоксидная смола. Длина туннеля составила 68 м, испытания прошли успешно, было собрано большое количество полезных данных о туннельном строительстве щитопроходным методом.

В мае 1966 года был построен первый подводный автомобильный туннель в Китае – главный туннель трансазиатского шоссе Шанхай – Дапу, в котором был применен сетевой экструзионный щит диаметром 10.22 м. Стабилизация забоя осуществлялась с помощью воздушной компрессии. Туннель проходил по дну реки Хуанпу на глубине 16 м, а общая протяженность экскавации составила 1322 м. Автомагистральный туннель Дапу был завершен и открыт для движения в конце 1970 года. Используемый на этот раз сетевой щит был улучшен, и открытая конструкция теперь могла преобразовываться в конструкцию закрытого типа.

В 1973 году при строительстве одного туннеля для отвода сточных вод и двух водоприемных туннелей на Шанхайском нефтехимическом заводе в Цзиньшане использовалась одна сетевая щитопроходная машина с гидравлической механикой вывода земли диаметром 3.6 м и два экструзионных сетевых щита диаметром 4.3 м. В общей сложности протяженность проходки подводного туннеля составила 3926 м. Так впервые была применена технология строительства водозаборных и дренажных туннелей с использованием вертикальных домкратов.

3) Прогресс и развитие технологии щитовой проходки в 80-х годах XX века

В 1980 году в Шанхае был построен испытательный участок первой линии метро, был разработан и изготовлен щит экструзионного сетевого типа диаметром 6412 м, в котором применялась технология гидропригруза и частичного воздушного пригруза. Туннель был проложен в глинисто-илистых пластах, и его протяженность сотавила 1130 м. В 1982 году при строительстве 1476-метровой главной кольцевой северной линии проекта Yan’an East Road – North Line в прибрежном районе Вайтань в Шанхае был спроектирован компанией «Shanghai Tunnel Co., Ltd» и изготовлен на Цзяннаньском судостроительном заводе сетевой экструзионный щит с гидравлическим способом отведения земли диаметром 11.3 м.