Прокопов А.Ю. Транспортные тоннели

ем пород различной крепости, а также водоносных горизонтов. Для компенсации гидростатического давления подземных вод конструкция щита может предусматривать гидропригруз забоя. Примером применения двух щитов Herrenknecht Mixshields диаметром 15,43 м является проходка в 2008 г. одного из крупнейших туннелей в мире – комбинированного автодорожного и метротоннеля под рекой Янцзы в Шанхае. Два тоннеля длиной 7,5 км были пройдены за 20 месяцев.

Рис. 6.10. Проходческий щит Herrenknecht Mixshields диаметром 15,43 м

Комплексом этой серии был пройден Лефортовский автодорожный тоннель в Москве диаметром 14,2 м и длиной 2222 м, а также два Серебряноборских тоннеля диаметрами 14,2 и 6,28 м и длинами соответственно

3010 и 1498 м.

Щит Single shield TBM представляет собой односекционный тоннелепроходческий механизированный комплекс, предназначенный для проходки протяженных транспортных тоннелей в хрупких и мягких породах. Комплекс диаметром 12,98 м хорошо зарекомендовал себя при проходке трех железнодорожных тоннелей в Австрии в 2005–2009 гг. общей длиной 7375 м и 3-го железнодорожного тоннеля в г. Сочи (2010–2011 гг.) диаметром 13,21 м и длиной 3800 м.

Щит Double shield TBM является двухсекционным (телескопическим) и может применяться в самых разнообразных горно-геологических условиях, включая зоны геологических разломов. В таких условиях комплексом Double shield TBM был пройден тоннель Guadarrama (Испания) диаметром 9,51 м, предназначенный для движения скоростных поездов. Тоннель длиной 28720 м был пройден двумя ТПМК Double shield TBM и двумя щитами компании Wirth. Впервые был получен положительный опыт использования проходческих щитов в крепких породах – гранитах крепостью f до 13–14 по шкале проф. Протодьяконова.

141

Фирмой Robbins (США) производятся тоннелепроходческие механизированные комплексы диаметром до 15 м для самых разнообразных гор- но-геологических условий. Все ТПМК (TBM) Robbins делятся на 5 типов:

–Main Beam – наиболее известный комплекс фирмы Robbins, с помощью которого был установлен ряд мировых рекордов;

–EPB TBM (Earth Pressure Balance) – щиты с грунтопригрузом забоя,

широко применялись при проходке тоннелей московского метрополитена;

–Single Shield – односекционный щит;

–Double Shield – двухсекционный щит;

–Small Boring Unit (SBU) – установки диаметром до 2 м для микротоннелирования.

По данным [43] щитами фирмы Robbins установлено наибольшее количество мировых рекордов проходки тоннелей различных диаметров

(табл. 6.5).

Таблица 6.5

Мировые рекорды проходки тоннелей с помощью ТПМК

Продолжение табл. 6.5

142

Окончание табл. 6.5

143

ВСССР первый опыт применения проходческих щитов был получен

вначале 30-х годов XX века после опробывания немеханизированного щита, приобретенного у английской фирмы «Маркхэм» [46]. С учетом полученного опыта специалистами «Метропроекта» под руководством В.П. Волкова осуществлено проектирование, а рядом московских заводов в 1936–1937 гг. произведено 45 немеханизированных щитов диаметром 6,23, 6,73 и 9,68 м. С помощью этих щитов осуществлено строительство перегонных и станционных тоннелей Московского метрополитена. Немеханизированные щиты диаметром 1,5–3,6 м также широко применялись для сооружения коммунальных тоннелей в г. Москве. Первый отечественный механизированный щит диаметром 2,5 м с роторным рабочим органом был создан и испытан в 1937–1938 гг. инженером-изобретателем В.А. Варгановым.

Впослевоенные годы отечественными учеными и инженерами выполнен комплекс научных исследований, позволивших создать порядка 215 механизированных щитов диаметром от 2,0 до 6,0 м с планетарным, ротором и экскаваторным рабочими органами (рис. 6.11). Они широко применялись при строительстве тоннелей метрополитенов, а также тоннелей коммунального и промышленного назначения.

К 1980 г. в СССР сформировалась собственная отрасль щитового машиностроения, включающая такие крупные заводы, как Московский механический завод Главтоннельметростроя (ныне ОАО «Метромаш») и Ясиноватский машиностроительный завод, СКТБ Тоннельметрострой, СКТБ Мосинжстроя (позднее НТЦ Мосинжстроя), СКБ г. Ясиноватая Минтяжмаша СССР, КБ треста «Союзшахтоспецпромстрой» (впоследствии «Союзтоннельстрой»), лаборатории и конструкторские подразделения НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР, ЦНИИПодземшахтостроя (позднее ЦНИИПодземмаша), ЦНИИСа Минтрансстроя, института «ВИОГЕМ» г. Белгорода. Усилиями этих организаций к 1991 г. разработаны, произведены и внедрены в практику сотни немеханизированных и механизированных щитов, в том числе большого диаметра (до

8,5 м).

144

дит в нижней части ротора. В конусообразной закрытой забойной камере между броневыми листами диафрагмы и бронированными лучами ротора грунт дробится на куски размером 150–200 миллиметров. Далее через специальную решетку грунт поступает на шнековый конвейер, который не нарушает герметичность камеры.

Основные узлы комплекса изготовлена на заводе «Тяжмаш», г. Сыз-

рань.

Рис. 6.12. Конструкция щитового проходческого комплекса «Топаз»

146

В2012 г. в ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула) собран первый тоннелепроходческий комплекс КТПМ-5,6, предназначенный для проходки тоннелей метрополитена в г. С.-Петербург [45]. До этого заводом выпускались проходческие щиты, предназначенные для проходки только коллекторных тоннелей внутренним диаметром 3,2; 3,6 и 4,0 м с креплением железобетонными модульными блоками в неводоносных или осушенных водопонижением грунтах, а также в водонасыщенных грунтах в сочетании со специальными способами работ (замораживанием, химическим закреплением, избыточным давлением сжатого воздуха и др.).

Вцелом, несмотря на рассмотренные отдельные достижения, отечественное машиностроение в области тоннелепроходческой техники сегодня значительно отстает в развитии от ведущих зарубежных стран.

Контрольные вопросы

1 Какие проходческие процессы выполняют при комбайновой технологии проходки тоннеля?

2 По каким признакам классифицируются проходческие комбайны для сооружения тоннелей?

3 Какие фирмы-производители горнопроходческой техники являются в настоящее время мировыми лидерами?

4 Какие проходческие комбайны избирательного действия серийно выпускаются в нашей стране?

5 Какие схемы обработки забоя исполнительным органом комбайна применяют на практике?

6 В чем состоит сущность технологической схемы сооружения тоннеля комбайном избирательного действия?

7 Каковы основные преимущества комбайновой технологии проходки тоннелей по сравнению с буровзрывной?

8 Что представляет собой проходческий щит для сооружения тоннеля?

9Перечислите основные части проходческого щита.

10В чем заключается принцип работы немеханизированного щита?

11В чем заключается принцип работы механизированного щита?

12Какие стадии тоннелепроходческих работ по щитовой технологии принято выделять?

13Какие существуют конструкции исполнительного органа роторного действия?

14В чем заключается принцип работы механизированного щита с грунтопригрузом?

15В чем заключается принцип работы механизированного щита с гидропригрузом?

16Дайте характеристику области применения современных тоннелепроходческих комплексов.

17Какие периоды развития технологии сооружения тоннелей

147

щитовым способом в нашей стране известны из истории?

18 Приведите примеры отечественных разработок в области щитовых проходческих комплексов.

148

Библиографический список

1СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85. – Введ. 2011-05-20. – М., 2011. – 85 с.

2СП 122.13330.2012. Тоннели железнодорожные и автодорожные». Актуализированная редакция СНиП 32-04-97. – Введ. 2013-01-01. – М., 2012.

–132 с.

3СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85. – Введ. 2013-07-01. – М., 2012. – 111 с.

4СП 119.13330.2012. Железные дороги колеи 1520 мм. Актуализированная редакция СНиП 32-01-95. – Введ. 2013-01-01. – М., 2012. – 56 с.

5СП 47.13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96. – Введ.

2012-01-01. – М., 2012. – 116 с.

6СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99. – Введ. 2013-01-01. – М., 2012. – 113 с.

7СП 116.13330.2012. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003. – Введ. 2013-01-01. – М., 2012.

–53 с.

8СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. – Введ. 1996-01-01. – М., 2012. – 15 с.

9ГОСТ 24451-80. Тоннели автодорожные. Габариты приближения строений и оборудования. – Введ. 1982-01-01. – М., 1980. – 5 с.

10ГОСТ 9238-83. Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм. – Введ. 1983-06-13. – М., 1983. – 37 с.

11Правила безопасности при строительстве подземных сооружений (ПБ 03-428-02). Утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 01.11.01 № 49.

12ПБ 13-407-01. Единые правила безопасности при взрывных работах.

13ВСН 126-90. Крепление выработок набрызгбетоном при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов.

14ВСН 48-93. Правила возведения монолитных бетонных и железобетонных обделок для транспортных тоннелей.

15ВСН 104-93. Нормы по проектированию и устройству гидроизоляции тоннелей метрополитенов, сооружаемых открытым способом.

16ВСН 127-91. Нормы по проектированию и производству работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод при строительстве тоннелей и метрополитенов.

17ВСН 132-92. Правила по производству работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку.

18ЕНиР. Сборник Е36-2. Горнопроходческие работы. Вып. 2. Строительство метрополитенов, тоннелей и подземных сооружений специального назначения.

149

19 Изыскания и проектирование мостовых переходов и тоннельных пересечений на железных дорогах: учебник для вузов / В.А. Копыленко, В.Ш. Цыпин и др.; под общ. ред. В.А. Копыленко. – М. : УМК МПС России,

1999. – 688 с.

20 Шахтное и подземное строительство: учебник для вузов: в 2 т. / Б.А. Картозия, Б.И. Федунец, М.Н. Шуплик и др. – М. : МГГУ, 2003. – Т. 2. – 815 с.

21 Козерма, М.М. Применение технологии набрызгбетонирования в новоавстрийском методе туннелирования / М.М. Козерма // Геотехническая механика. – 2009. – Вып. 83. – С. 181–187.

22 Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом / Г.П. Пастушков [и др.]. – Минск, 2005. – 96 с.

23Кузьмицкий, В.А. Проектирование тоннелей, сооружаемых щитовым способом / В.А. Кузьмицкий, Г.П. Пастушков. – Минск, 2009. – 186 с.

24Булычев, Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах : учебник для вузов / Н.С. Булычев. – М., 1989. – 270 с.

25Шапошников, Н.Н. Представление инвариантных материалов функциями ползучести и релаксации / Н.Н. Шапошников, В.Г. Куликов, Н.А. Гаряев. – М., 2011. – 120 с.

26Фугенфиров, А.А. Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом / А.А. Фугенфиров – Омск, 2002. – 164 с.

27Официальный сайт компании Autodesk [Электронный ресурс]. –

Режим доступа: http://www.autodesk.ru.

28Официальный сайт ООО «Тоннельдорстрой» [Электронный ресурс].

–Режим доступа: http://www.tunnels.ru

29 Официальный сайт компании Atlas Copco [Электронный ресурс]. –

Режим доступа: http://www.atlascopco.ru/

30 Официальный сайт группы компаний Sandvik [Электронный ре-

сурс]. – Режим доступа: http://www.sandvik.com/

31 Cайт ООО «Сандвик майнинг энд констракшн СНГ» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.miningandconstruction.sandvik.com/ru

32 Официальный сайт компании Mitsui Miike Machinery Co [Электрон-

ный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mitsuimiike.co.jp

33 Официальный сайт компании Aker Wirth [Электронный ресурс]. –

Режим доступа: http://www.wirth-europe.com/

34 Официальный сайт компании Eickhoff [Электронный ресурс]. – Ре-

жим доступа: http://www.eickhoff-bochum.de

35 Официальный сайт ОАО «Копейский машиностроительный завод» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.kopemash.ru/

36 Официальный сайт ООО «Юргинский машиностроительный завод» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.yumz.ru

37 Официальный сайт ОАО «Ясиноватский машиностроительный завод» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.jscymz.com/

38 Официальный сайт ПАО «Новокраматорский машиностроительный завод» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.nkmz.com

150