Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Хун Кайжун

3) Проходческий щит MF (проходческий щит с несколькими рабочими частями)

Состоит из нескольких совмещенных частей кругового сечения соединенных вместе, способен создать несколько круговых сечений (рис. 2-11). Эффективная площадь нескольких круговых сечений будет больше в сравнении с разработанной площадью одиночного сечения, что делает данный тип экономически целесообразным. Два и более круглых сечения различного диаметра складываются по определенным принципам и обеспечивают желаемую форму сечения туннеля. При планировании линии туннеля существует большое разнообразие в выборе его формы. Например, в условиях ограниченного сверху и снизу пространства можно выбрать сложенный поперек тип, как показано на рис. 2-12. Проходческий щит MF подходит для разработки станций метро, коммуникационных туннелей, подземных автостоянок и других

туннелей с масштабными сечениями.

Рис. 2-11. Проходческий щит MF

Рис. 2-12. Схематическое изображение практического применения проходческого щита MF

Важные преимущества проходческого щита MF:

1. Основное конструктивное исполнение всех строящихся туннелей по-прежнему – круглое, поэтому механическая особенность кругового сечения была сохранена. Упомянутый туннель формируется несколькими независимыми, контролируемыми мелкими круглыми секциями, соединенными между собой. Коэффициент использования малого сечения при разработке выше. Кроме того, исходя из различных геологических условий, производится управление процессом углубления грунта.

2. При планировании линии туннеля доступна большая гибкость при выборе формы его сечения. Например, по мере необходимости можно выбрать горизонтальный или вертикальный проходческий щит MF.

3. Для проведения работ может быть выбран проходческий щит с гидропригрузом или грунтопригрузом.

4. При регулировке скорости и направления вращения каждой из фрез противодействующая сила, действующая на корпус проходческого щита, стабилизирует его положение во время работы, легко исправляя ошибочный уклон.

4) Горизонтально-вертикальный проходческий щит (проходческий щит H&V)

Так называемый проходческий щит H&V ( полное название на английском языке – горизонтальное и вертикальное изменение) представляет собой несколько круглых сечений, которые по мере необходимости комбинируются между собой. Благодаря разработке многочисленных форм сечения туннелей, является особым методом строительства. Проходческий щит H&V можно использовать в строительных работах, как показано на рис. 2-13, спиральный и бифуркационный типы могут одновременно прорывать несколько линий туннелей. Данный способ применения проходческого щита используется в соответствии с условиями строительства и целями применения туннеля, с его помощью, из-за свободного прохождения в толще грунта, можно изменять форму сечения туннеля и его направление. Основной принцип устройства – применение шарнирного соединения вилочного типа, изменяющего направление движения механизма. Механизм позволяет передней части тела проходческого щита самостоятельно вращаться в противоположном направлении. Применение данного вида шарнирного соединения позволяет проходческому щиту создавать крутящий момент, позволяя достигнуть спирального движения вперед.

Проходческий щит H&V имеет следующие преимущества:

1. Специальное шарнирное сочленение изменяет направление механизма, что облегчает контроль над положением и направлением проходческого щита. Приводной механизм и механизм разработки туннеля являются автономными, что позволяет при разном качестве грунта раздельно управлять процессом забоя. Для проведения работ может быть выбран проходческий щит с гидропригрузом или грунтопригрузом.

2. В туннеле под землей можно свободно передвигаться и менять траекторию движения. Благодаря отсутствию необходимости сооружать рабочую шахту, сокращается срок работ и снижается себестоимость.

3. Исходя из необходимости выбора формы сечения, сохранены прекрасные механические свойства проходческого щита моносечения.

Рис. 2-13. Схема устройства проходческого щита H&V

4. При формировании сечения линии туннеля можно не принимать во внимание окружающие препятствия.

5) Сферический проходческий щит

Данный метод использует сферический проходческий щит для ведения строительных работ, как показано на рис. 2-14.

Особенностью данного проходческого щита является самовращение сферического тела. Сферическое тело спрятано внутри впереди идущей основной части проходческого щита, внутри сферического тела спроектирован еще один дополнительный проходческий щит. После того, как основной проходческий щит завершает первичные работы по расчищению грунта, вращение сферы изменяет направление туннеля, таким образом осуществляя последующий этап его разработки. Сферический проходческий щит подразделяется на непрерывно движущийся в двух плоскостях сферический проходческий щит (рис. 2-15) и на непрерывно горизонтально движущийся на дальние расстояния сферический проходческий щит (рис. 2-16).

Рис. 2-14. Сферический проходческий щит

Рис. 2-15. Непрерывно движущийся в двух плоскостях сферический проходческий щит

Рассмотрим в краткие основные преимущества данного типа на примере продольно-поперечного сферического проходческого щита:

1. Из-за вертикального расположения рабочей шахты и горизонтального типа проходческого щита, туннель непрерывно разрабатывается дальше. Причина выбора такого типа щита – отсутствие необходимости обдумывать такие технические проблемы как придание жесткости грунту во время погружения и извлечения проходческого щита, утечка воды. При таком методе многократно увеличивается глубина рабочей шахты, повышается безопасность и темпы строительства. Данный тип щита оказывает значительное влияние на сокращение сроков строительства. 2. Влияние вертикально расположенной рабочей шахты на окружающую среду и проседание грунта меньше, по сравнению со стандартным методом проведения строительных работ.

Рис. 2-16. Непрерывно горизонтально движущийся на дальние расстояния сферический проходческий щит

3. Внутреннее пространство и толщина стенок вертикально расположенной рабочей шахты уменьшены, что позволяет сэкономить на ее строительных затратах. 4. Удобный ремонт и замена фрез в процессе разработки туннелей, подходят для сооружения протяженных туннелей. 6) Проходческий щит DOT Бициклический проходческий щит (Double-O-Tube-Metod, сокращенно DOT) относится к одной из разновидностей инженерно-технического метода MF, показан на рис. 2-17. В отличие от метода MF, при данном методе для шламового проходческого щита применяются фрезы в форме спиц. Зубчатое колесо, на котором расположены две фрезы в одной плоскости, образуют проходческий щит для строительства туннелей при помощи бициклического метода. Находящиеся рядом фрезы не соприкасаются и не препятствуют друг другу в проведении работ, каждая из фрез вращается в противоположную сторону, таким образом, осуществляется синхронный контроль.

Рис. 2-17. Бициклический проходческий щит

Площадь выемки бициклического проходческого щита небольшая, поэтому глубина и ширина шахты могут быть уменьшены в процессе строительных работ. Сечения туннеля получаются разнообразными, круговые сечения могут выполняться слева, справа, сверху и снизу в соответствии с окружающими условиями и инженерными требованиями.

7) Проходческий щит с локальным расширением пространства

Данный проходческий щит изображен на рис. 2-18. Проходческий щит с локальным расширением пространства способен провести производственные работы по локальному расширению сечения туннеля в любой его точке. Основные этапы строительного процесса включают нижеследующее:

1. Строительные работы на обычном участке. Вначале проводятся работы, характерные для сооружения туннеля, затем на участке, нуждающемся в расширении, устанавливают специальный тюбинг, между обычным и специальным тюбингами устанавливается направляющее кольцо.