Прокопов А.Ю. Транспортные тоннели

Техническая характеристика проходческих комбайнов избирательного действия фирмы Sandvik

Таблица 6.2

Техническая характеристика проходческих комбайнов фирмы Mitsui Miike Machinery Co

132

Таблица 6.3

Техническая характеристика проходческих комбайнов фирмы Wirth Paurat

Промышленностью России и Украины выпускается несколько серий проходческих комбайнов избирательного действия для проходки горных выработок и тоннелей относительно небольшого поперечного сечения по породам крепостью f до 7–10 (табл. 6.4). Комбайны небольших типоразмеров могут применяться при ступенчатом забое тоннеля для проходки штроссы или калотты.

Таблица 6.4

Характеристики проходческих комбайнов производства России и Украины

Подробные характеристики указанных и других проходческих комбайнов приведены на официальных сайтах заводов-изготовителей: ОАО «Копейский машиностроительный завод» [35], «Юргинский машиностроительный завод» [36] (Россия), «Ясиноватский машиностроительный завод» [37] и «Новокраматорский машиностроительный завод» [38] (Украина).

133

Большая часть указанных комбайнов создавалась для проходки горных выработок шахт и рудников, но их применение возможно и для проходки тоннелей в соответствующих горно-геологических условиях.

Одним из новейших отечественных комбайнов, созданных в 2008 г. специально для проходки транспортных тоннелей, является комбайн тяжелого типа КП-200Т. До этого времени аналогов тяжелого комбайна эксплуатационной массой 105 т в Российской Федерации не было. Промышленные испытания тоннелепроходческого комбайна КП200Т, созданного ОАО «Копейский машиностроительный завод» по заказу ООО «Метрострой - ПТС», завершились в сентябре 2009 г. при строительстве станции метро «Чкаловская» в г. Екатеринбурге [39].

Схема комбайна КП-200Т приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Проходческий комбайн КП-200Т

Выбор проходческого комбайна целесообразно осуществлять исходя из возможности разрушения забоя с одной стоянки, так как выполнение маневровых работ в забое увеличивает продолжительность проходческого цикла и снижает темпы проходки. Схема (очередность) обработки забоя исполнительным органом проходческого комбайна зависит от крепости, слоистости, трещиноватости, однородности разрушаемых пород.

134

В однородных породах разрушение забоя может осуществляться вертикальными (рис. 6.3, а) или горизонтальными (рис. 6.3, б) слоями (проходками) сразу на всю высоту или ширину сечения. При наличии в сечении тоннеля «слабого слоя», т.е. пород меньшей крепости, целесообразно начинать разрушение с этого слоя (рис. 6.3, в), тем самым создавая дополнительную плоскость обнажения и облегчая разрушение более крепких пород. Такая схема позволяет снизить суммарные энергозатраты на разрушение забоя.

Рис. 6.3. Схемы обработки забоя исполнительным органом комбайна: а, б – в однородных породах, в – при наличии «слабого слоя»

Технология проходки тоннелей с применением комбайнов избирательного действия предусматривает, как правило, установку временной крепи вслед за подвиганием забоя (рис. 6.4) с последующим монтажом постоянной обделки с отставанием от забоя на 100–200 и более метров в зависимости от комплекса применяемого оборудования и средств транспорта. При проходке тоннелей небольшой длины в устойчивых породах возведение постоянной обделки может производиться после окончания проходки на временной крепи.

Рис. 6.4. Технологическая схема проходки тоннеля с применением проходческого комбайна на временной анкерно-набрызгбетонной крепи

135

Основными преимуществами комбайновой технологии проходки тоннелей по сравнению с буровзрывной являются:

–более высокие темпы проходки;

–более точное оконтуривание и уменьшение переборов породы;

–сохранение естественной несущей способности пород и возможность уменьшения толщины обделки;

–большая устойчивость тоннелей в процессе эксплуатации;

–уменьшение трудоемкости и травматизма.

Основным недостатком комбайновой технологии является ограничение области применения по крепости разрушаемых пород.

Перспективным направлением развития проходческих комбайнов для тоннелей является создание мобильных тоннелепроходчиков, способных разрушать весьма крепкие породы (f до 20).

Примером такого оборудования является новейшая разработка фир-

мы Wirth – мобильный тоннелепроходчик Mobile Tunnel Miner (MTM 550),

общий вид которого представлен на рис. 6.5.

а б

Рис. 6.5. Применение мобильного тоннелепроходчика MTM 550: а – общий вид; б – форма поперечного сечения тоннеля

Основными преимуществами мобильного тоннелепроходчика МТМ

550 являются [33]:

–высокая эффективность и безопасность;

–возможность применения в крепких породах (f до 20);

–рациональное использование энергии разрушения методом «подрезки» пород. Принцип резки с использованием дисковых ножей подрезания характеризуется высокой эффективностью, так как при этом приходится преодолевать более низкое сопротивление растяжению породы вместо более высокого сопротивления сжатию;

–возможность образования круглой, прямоугольной или подковообразной формы сечения тоннеля;

–использование шагающего механизма вместо гусеничного хода.

136

6.2 Щитовая технология проходки

Основным элементом щитовой технологии строительства тоннелей является проходческий щит, представляющий собой передвижную временную крепь в виде цилиндрической оболочки. Под его прикрытием выполняют необходимые проходческие операции: разработку и погрузку грунта, транспортирование грунта за пределы щита, возведение обделки тоннеля.

Щит состоит из трех основных частей:

–передней – режущей клиновидой формы с козырьком или без него;

–средней – опорной, где размещаются домкраты;

–задней – хвостовой.

По конструкции все щиты разделяют на 2 группы: немеханизированные и механизированные.

Немеханизированные проходческие щиты отличаются простотой в управлении, используются лишь для защиты забоя от обрушения, пока рабочий вручную или с помощью отбойного молотка производит из него выемку грунта. Скорость проходки тоннелей немеханизированными щитами в зависимости от диаметра выработки, категории грунта, числа и типа домкратов, мощности насосной установки колеблется от 0,8 до 1,2 м/смен. В силу высокой доли ручного труда немеханизированные щиты в настоящее время считаются морально устаревшими и находят весьма ограниченное применение.

Механизированный проходческий щит (рис. 6.6) оборудован рабо-

чим органом, посредством которого осуществляют разработку грунта, его удаление за пределы щита грунтозаборным устройством и погрузку в транспортные средства. Перемещение щита осуществляется по мере продвижения забоя. Как только щит передвигают на расстояние, равное ширине кольца отделки, возводят очередное кольцо. Таким образом, цикл работ постоянно повторяется: выемка грунта – передвижение щита – возведение обделки. Для возведения обделки используют специальный механизм – блокоукладчик.

В настоящее время в связи с усложнением конструкций проходческих щитов и расширением круга выполняемых ими функций для их опи-

сания чаще используется термин «тоннелепроходческие механизирован-

ные комплексы» (ТПМК). Общая длина ТПМК может составлять более

400 м.

Тоннелепроходческие работы по щитовой технологии выполняют обычно в три стадии:

– на первой (подготовительной) устраивают монтажную (припортальную) площадку для сборки и подачи щита на забой, подводят электроэнергию, монтируют вентиляционные установки, прокладывают пути для откатки грунта, оборудуют площадки (места) его складирования и т.д.

На второй стадии начинают проходку – передвижку щита, включающую разработку грунта в забое, продвижение щита, монтаж блочной или

137

возведение монолитной обделки. Щит вдавливается в грунт гидравлическими домкратами, а грунт перед щитом разрабатывают ручным или механическим способом. Сооружение обделки (стенок) коллектора выполняют в хвостовой части щита.

На третьей стадии производят демонтаж щита и выполняют инженерное обустройство тоннеля.

Рис. 6.6. Принципиальная схема проходческого щита

сконвейерным транспортом:

1– рабочий орган для разработки и погрузки породы; 2 – оболочка щита; 3 – конвейер для выдачи породы за пределы щита; 4 – укладчик тоннельной

обделки; 5 – тоннельный конвейер для выдачи породы на поверхность

Основным отличием тоннелепроходческих механизированных комплексов друг от друга является конструкция рабочего органа и схема транспортировки разрушенной породы от забоя до поверхности. Примеры рабочих органов ТПМК приведены на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Схемы механизированных щитов

срабочим органом роторного действия:

а– пятилучевой; б – четырехлучевой

138

Комплексы фирмы Herrenknecht в зависимости от назначения подразделяются на 2 большие группы:

–комплексы UT (Utility Tunnelling), имеющие диаметр от 0,1 до 4,2

ми предназначенные для проходки коллекторных тоннелей и микротоннелирования;

–комплексы ТT (Traffic Tunnelling), имеющие диаметр от 4,2 до 19 м и предназначенные для проходки транспортных тоннелей.

В зависимости от типоразмеров и области применения комплексы UT и ТТ делятся на серии, приведенные на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Типоразмеры комплексов Herrenknecht

Рассмотрим особенности и область применения различных серий комплексов Herrenknecht для проходки транспортных тоннелей.

Щиты серии EPB Shield диаметром до 15,2 м предназначены для проходки тоннелей в мягких глинистых породах с низкой водопроницаемостью. Примером применения такого щита является проходка автодорожного тоннеля в г. Мадрид (Испания) в условиях плотной городской застройки. При этом был применен комплекс с двумя независимыми режущими дисками: внутренним (Ø 7 м) и внешним (Ø 15,20 м), установленным в той же рабочей плоскости. Щитом EPB диаметром 10,63 м в 2010– 2011 гг. был пройден также железнодорожный тоннель № 5 трассы Адлер

– Альпика-Сервис (г. Сочи) длиной 2814 м.

Щиты серии Mixshield (рис. 6.10) предназначены для проходки в сложных горно-геологических условиях, характеризующихся пересечени-

140