Карбюраторы малых грузовых и грузопассажирских автомобилей
Конструкции карбюраторов К-126Г, К-131, К-151 АО «ПеКар» для двигателей ЗМЗ и УМЗ
 2
Южный машиностроительный завод
Пасынок ракетного производства
С новым краном!
40-тонные краны на автомобильных шасси
Всем ли по зубам лизинговый пирог? (ч.1)
Расчет удельной стоимости эксплуатации строительных машин
 1
Тяжелый металл (ч. 1)
Обзор рынка бульдозеров
 1
Крутой замес
Обзор рынка автобетоносмесителей
Земная составляющая лунной программы
ЗИЛ-135Ш – транспортер-тяжеловоз для транспортировки крупногабаритных блоков ракетоносителей
Китайские внедорожные самосвалы (ч.2)
Дракон готовится к прыжку...
К летнему сезону
Обзор новинок асфальтоукладчиков
Диметиловый эфир (ч.2)
Надежды конструкторов, водителей и экологов
 1
Регуляторы расхода рабочей жидкости для гидроприводов мобильных машин (ч.2)
Практика применения оборудования для бестраншейных технологий

Микротоннелирование
Технология прокладки коммуникаций в условиях плотной застройки

В. Перелыгин, канд. техн. наук

За последние годы в городском строительстве наметилась устойчивая тенденция к интегрированной застройке, т. е. возведение новых или модернизация существующих объектов в плотной городской среде, вблизи от соседних зданий и сооружений. В таких условиях не только ограничивается размер стройплощадок, но возникает сложность подвести коммуникации к возводимым объектам.

Традиционная технология прокладки неглубоких подземных коммуникаций до сегодняшнего дня подразумевает проходку траншей необходимого сечения, куда укладывают кабели, трубы или в которых сооружают коллектор. Землеройные работы на поверхности не вызывают проблем только на не застроенных площадках, но в условиях плотной городской застройки проводить их зачастую невозможно. В этом случае безальтернативным является способ прокладки коммуникаций с использованием технологии микротоннелирования.

В этой технологии используется автоматизированный щитовой проходческий комплекс с микрощитом небольшого диаметра, до 2450 мм. Прокладку протяженных коммуникаций с диаметром проходки менее 200 мм ведут с помощью систем горизонтально-направленного бурения.

Щитовая проходка как способ сооружения тоннелей известна давно. Первые немеханизированные щиты, представлявшие собой защитные футляры из металла и дерева, использовались еще в XIX веке. В футляре проходчики вручную вынимали грунт из забойного пространства и по мере его освобождения задавливали щит вперед. Со временем конструкция щитов усложнилась, для продавливания ножевого (передового кольца) начали использовать гидродомкраты, а щиты оборудовать забойными створами (ячейками).

Комплекс AVN компании Herrenknecht AG

С внедрением механизированных щитовых комплексов появилась возможность вести выработки в неустойчивых грунтах, в том числе по водонасыщенным горизонтам, где раньше требовалось провести мероприятия по водопонижению, заморозке и т. д. Автоматизация позволила убрать человека из рабочей зоны и создавать щиты минимального диаметра, которые нашли широкое применение при микротоннелировании. В России знакомы с микротоннельными комплексами производства Lovat, Herrenknecht, Soltau, Robbins. Известная в мире японская фирма Iseki Рoly-Tech пока не поставляет свою технику в Россию. Наибольшее число комплексов, работающих в России, – от компании Herrenknecht.

Подача трубы в стартовую шахту

Рассмотрим технологию проходки микротоннеля на примере комплекса AVN фирмы Herrenknecht. В стартовой шахте установлена рама продавливания, обычно состоящая из самой рамы, упорного кольца и гидродомкратов, которые продавливают трубный став коллектора, толкая микрощит и подавая роторный рабочий орган на забой. Проходку ведут до момента выхода щита в приемном котловане. Длина железобетонной трубы (футляра) продавливания обычно равна тройной длине хода гидродомкратов, что наиболее удобно при ведении проходческих работ. По мере полного выхода штоков упорное кольцо входит в зацепление с дополнительными упорами на кожухе домкратов, и цикл повторяется. Такая конструкция позволяет экономить пространство, что особенно важно при сооружении шахты. После задавливания очередного футляра (трубы) с поверхности подают следующий футляр. Упорное кольцо перемещается в крайнее заднее положение, освобождая место под новый футляр, который затем входит в хвостовик уже задавленного (так называемый принцип «мама–папа»). В местах соединения труб установлены уплотнительные резиновые кольца, обеспечивающие герметичность соединения. Посадочные места соединения выполнены с расчетом на прохождение криволинейных участков, для чего между торцами труб дополнительно устанавливают прокладку из ДСП. После установки футляра подсоединяют все гидромагистрали и наращивают трубопровод гидротранспорта.

Стартовая шахта

Для микротоннелирования широко используют полимербетонные, керамические, стеклопластиковые и асбестоцементные трубы любого требуемого диаметра. Для стыковки труб применяют специальные манжеты. В России (в Москве) изготавливают некоторые типоразмеры полимербетонных и железобетонных труб диаметром 300, 400 и 500 мм.

Щит состоит из основного корпуса, головы, рабочего органа с приводом и подшипником. Скомпонованные механизмы образуют рабочую камеру, включающую призабойное пространство и камеру управления. В камере управления расположены гидрораспределители, питающие магистрали, трубопровод с задвижкой-байпасом, лазерная мишень, панель удаленного управления. Рабочий орган располагается в голове щита, соединение которой с основным корпусом имеет несколько степеней свободы, как шарнир. Для отклонения и фиксации головы щита служат три гидроцилиндра. В процессе работы за счет ее отклонения происходит корректировка направления проходки. Информация о направлении проходки берется из показаний лазерной мишени. Сам лазер устанавливают в стартовой шахте и настраивают по меткам маркшейдера. Сигнал с мишени передается в компьютер управления, находящийся в контейнере управления на поверхности земли.

Привод рабочего органа гидравлический. Конструкцию коронки выбирают в зависимости от вида горной породы, в которой планируется использовать комплекс. Она может быть оснащена резцами или шарошками. Скорость и направление вращения ротора изменяется системой управления. Изменение направления вращения иногда требуется для раскрутки зажатого ротора, в этом случае все три гидроцилиндра управления полностью выдвигаются, как бы отталкивая щит от забоя, а затем втягиваются, отдаляя голову щита от забоя и освобождая вращающийся ротор. Внутренняя поверхность исполнительного органа имеет выступы, которые участвуют в дроблении кусков породы в камере дробления. Камера дробления образована внешней поверхностью перегородки корпуса головы щита и внутренней поверхностью рабочего органа.

[b]Схема комплекса AVN:[/b] 1 – рабочий орган; 2 – резцы; 3 – перемычка для дробления; 4 – подача воды в рабочую камеру; 5 – подшипник; 6 – гидродвигатель привода ротора; 7 – уплотнение сочленения голова–корпус; 8 – гидроцилиндр управления; 9 – обратный трубопровод гидротранспорта; 10 – лазерная мишень; 11 – луч; 12 – байпас; 13 – гидравлический блок

В комплексах AVN используется гидротранспортирующий контур для забора продуктов бурения из рабочей камеры щита. На поверхности располагается резервуар с водой, откуда вода поступает в центробежный насос. Насос нагнетает воду в напорный трубопровод, по которому вода подается в рабочую камеру щита. Отбитая порода поступает в камеру дробления ротора, где смешивается с водой и в виде пульпы подается в трубопровод гидротранспорта. Под остаточным давлением пульпа доходит до шламового насоса, который расположен на уровне рамы продавливания и выдает пульпу на поверхность в отстойники или на сепарацию. Привод насосов регулируемый, позволяет управлять подачей насосов в широком диапазоне. Байпас служит для вывода рабочей камеры из контура при продолжении циркуляции воды. Прекратить подачу воды в рабочую камеру необходимо при вынужденных остановках щита, чтобы избежать вымывания забоя. Если просто останавливать насосы, может произойти забивка трубопровода шламом, поэтому необходимо некоторое время после остановки щита промывать трубопровод.

Основная задача при сооружении тоннеля в городе – не допустить просадки грунта: это может привести к повреждению наземных объектов. С этой целью в рабочей зоне поддерживают избыточное давление, исключающее возможность выхода грунтовых вод и создания разрежения в массиве. Отслеживает давление в рабочей камере датчик, сигнал с которого передается в компьютер управления.

Щит

Маслостанция и система управления комплексом находятся в отдельном контейнере на поверхности. Оператор через компьютер контролирует следующие основные параметры: • направление движения щита (информация в виде условных меток головы и хвостовика щита на координатной сетке монитора с указанием уклона и азимута); • скорость проходки (показания курвиметра); • давление в системе привода ротора; • давление в рабочей камере; • подачу насосов гидротранспорта (показания датчиков расхода в трубопроводе). Дополнительно выводится информация о давлении в системе продавливания, в системе управляющих гидроцилиндров, показания по выдвиганию штоков цилиндров, температура рабочей жидкости, состояние фильтров и др. Оператор, ориентируясь на показания датчиков, постоянно корректирует подачу домкратов продавливания, вращение ротора и работу насосов гидротранспорта. Периодически корректируется направление продвижения щита путем выдвигания-задвигания гидроцилиндров управления, т. е. поворота головы щита. Когда этого требуют условия, производится закачивание бентонита за пределы труб и в забойное пространство. Бентонит, заполняя пространство вокруг труб, снижает силу трения, и став продавливается легче.

Herrenknecht AG предлагает три серии микротоннельных комплексов. Для обычных условий используется оборудование AVN. Щиты AVN-T созданы с возможностью доступа в рабочую камеру, что бывает необходимо для вытаскивания из камеры недробимых объектов (кусков металла, например) и замены инструмента. Для особо сложных горногеологических условий применяют оборудование AVND (от 1600 мм) с возможностью выхода в призабойное пространство и с барокамерой.

Максимальная протяженность проходки зависит от конкретных горногеологических условий и может достигать 200 м без применения промежуточных станций продавливания, но в основном не превышает 70…100 м. Этого вполне достаточно, чтобы провести коммуникационный коллектор под дорогой или зданием без нарушения поверхности грунта. Микротоннелирование незаменимо при проведении тоннелей в плывунах, под водоемами с неустойчивой основой.

В России работает и несколько щитов Wirth-Soltau – фирмы, которая изготавливает проходческие комплексы со шнековой (RVS-A) и шламовой (RVS-AS) откаткой грунта для прокладки трубопроводов диаметром от 110 до 3000 мм. Переход от шнекового способа прокладки трубопровода к шламовому способу и наоборот осуществляется легко, что обеспечивает наиболее эффективное использование каждого из них. Проходка ведется по тому же принципу, что и у комплексов Herrenknecht. Комплексы успешно работают в различных грунтах, от влажных до сухих глин и песков с галькой до скальных пород, обеспечивая беспросадочную проходку.

Производство оборудования для микротоннелирования пытаются наладить и отечественные производители. Фирма «Горизонталь» из Подмосковья предлагает свою продукцию – микротоннельные агрегаты МТА. Представляет собой управляемый микротоннельный автономный проходческий агрегат. Схема комплекса аналогична схеме AVN.

Технические характеристики микрощитов фирмы «Горизонталь»
Показатели МТА-320 МТА-1020
Диаметр бурения, мм 320 1020
Длина проходки, м 600 300
Давление в гидросистеме, кгс/см2 210 210
Усилие, создаваемое рамой задавливания, тс 140 230
Частота вращения буровой головки, мин-1 240 250
Полная масса агрегата в сборе, кг 410 1600
Длина агрегата, мм 1400 2300

В Группе компаний «Альянс» создали микротоннелепроходческий комплекс МТПК 1550 «Бирюза» для сооружения тоннелей методом продавливания железобетонных, полимербетонных и стальных труб в смешанных, в том числе водонасыщенных грунтах. Щит диаметром 1550 мм включает режущую головку с управляемой поворотной головной частью, оснащенной ротором в герметичной камере с конической дробилкой, корпус для размещения силового и технологического оборудования, и хвостовую часть с адаптером для размещения технологического оборудования. Конструкция в целом аналогична AVN Herrenknecht.

В настоящее время в Москве эксплуатируются порядка 30 микрощитовых комплексов диаметром от 300 до 2000 мм. Самые распространенные для микротоннелирования железобетонные трубы имеют диаметр от 600 до 2000 мм и применяются при прокладке самотечной и ливневой канализации, коммуникационных коллекторов. Для напорной канализации, газовых и водопроводных трубопроводов приходится использовать стальные трубы.

Технические характеристики комплексов Wirth-Soltau
Параметр RVS80 RVS160 RVS250 RVS400 RVS600 RVS800 RVS1200
Усилие подачи, кН 785 1600 2500 4000 6000 8000 1200
Внутренний диаметр труб, мм* 150…400 300…800 500…800 600…1200 1000…1650 1200…2000 >2000
Макс. внешний диаметр труб, мм 560 1050 965 1700 1980 2500 3650
Длина труб, м 1 2 2** 2-3** 3** 3** 3**
Диаметр стартового колодца, м 2 2,5 3,2 04.05.05 5,5 6 9x5
Диаметр выходного колодца, м 1,2 1,2 2,5 2,5-3,5 4 4 4
Длина перехода, м 80…100 120 150** 200** 500*** 800** 1000***

*Сталь, железобетон, полимербетон или керамика.
**Возможно применять трубы длиной 6 м.
***С промежуточной станцией продавливания.

Еще одно направление использование микрощитов – возведение защитных П-образных экранов из стальных труб, заполняемых бетоном, под которыми ведется проходка тоннеля открытым забоем. По такой схеме строят тоннели большого сечения, например, при сооружении переходов под шоссе или железнодорожными путями без нарушения режима движения транспорта. Подобные проекты успешно реализованы в Москве и других городах России.

Технология микротоннелирования еще не успела получить массового распространения в России, во-первых, потому что это относительно новое направление в строительстве подземных коммуникаций, а во-вторых, из-за дороговизны оборудования и комплектующих. Однако перспективность технологии не вызывает сомнений. На ближайшие годы только в Москве запланирована проходка десятков километров коллекторов по методу микротоннелирования. Идет подготовка специалистов, на отечественных заводах осваивается производство труб продавливания.

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОЖНОЕ ХОЗЯЙСТВО
В. Перелыгин, к.т.н., горный инженер Основные Средства 07'2008 28 апреля 2016

Комментарии (1)

sanyaga4546@mail.ru
Можно ли узнать о конкретных производителях работ по микротоннелированию до 2м. диаметром?
27 сентября 2012 – 19:18 Ответить
Компании
ООО «Завод «Дорожных машин» (4855)28-79-76, 26-26-41 www.dormashina.ru