УКАЗАНИЯ ПО БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКЕ И ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДОВ
Общие положения
Необходимость применения бестраншейных способов прокладки трубопроводов часто возникает при пересечении ими различных препятствий, особенно железных и автомобильных дорог. Переходы их под дорогами и другими препятствиями состоят из защитного кожуха (футляра), рабочего трубопровода, опор и сальников. Для устройства футляров применяют стальные трубы, диаметр которых зависит от диаметра рабочего трубопровода, типа его изоляционного покрытия, толщины футеровки и величин необходимого зазора. При наружном диаметре рабочего трубопровода 530 мм футляр устраивают диаметром 720 мм и далее соответственно , и т. д. Толщина их стенки зависит от применяемого способа бестраншейной прокладки. Длину трубопровода футляра принимают исходя из ширины дорожного полотна или дорожной насыпи. Для предохранения от коррозии его покрывают слоем надежной антикоррозийной изоляции. При наличии в грунте блуждающих токов его еще защищают и от электрокоррозии. Бестраншейную прокладку труб футляров осуществляют в основном способами прокола, продавливания или горизонтального бурения. Каждый из них имеет свою область применения.
При любом из бестраншейных способов прокладки труб вначале по обе стороны дороги отрывают рабочий и приемный котлованы, а затем монтируют соответствующие механизированные установки. Далее на берме рабочего котлована подготавливают для бестраншейной прокладки трубы, изолируют их, оснащают наконечником (при проколе) или режущей головкой и шнеком (при горизонтальном бурении). После этого краном опускают их в рабочий котлован на направляющую раму и с помощью домкратов производят их прокол, продавливание или горизонтальное бурение.
Размеры рабочего котлована определяют в зависимости от диаметра прокладываемого трубопровода, глубины его заложения и конструкции направляющей рамы. При диаметре трубопровода 159…426 мм длина рабочего котлована составляет 10…13 м, а ширина - 2,2…2,4 м. Глубина его, в зависимости от типа направляющей рамы, принимается на 0,1…0,3 м больше глубины заложения трубопровода. Размеры приемного котлована назначаются с учетом возможности проведения сварочных и монтажных работ при соединении рабочей трубы с основным трубопроводом и конструкции уплотнительных сальников на конце рабочего трубопровода. Длина приемного котлована по дну должна быть не менее 1...1,5 м, а ширина - 2,2…2,4 м. Крепление стенок рабочего и приемного котлованов выполняют в соответствии с указаниями проекта производства работ.
Основным оборудованием при проколе и продавливании труб являются направляющие рамы, гидравлические домкраты, нажимные патрубки или шомпола, наконечники, грунтозаборные ковши, пневмопробойники, насосы, компрессоры и т. п., а при горизонтальном бурении - установки, включающие двигатели внутреннего сгорания, шнеки, режущие головки и др. Установки эти изготовляются на заводах и в мастерских строительных организаций.
Технология монтажа при проколе и продавливании труб
Прокол применяют для прокладки под дорогами труб малых и средних диаметров (50…500 мм) в глинистых, суглинистых (связных) и песчаных грунтах при максимальной длине прокола до 60…80 м. Прокладывание в толще грунта этим способом трубы для уменьшения сопротивлений и снижения сил трения снабжаются специальными конусными наконечниками. Тип и конструкцию вдавливающего механизма, способного развить требуемое усилие, выбирают в соответствии с необходимым нажимным усилием, которое зависит от диаметра, длины прокалываемого трубопровода и вида грунта.
Для прокола труб (рис. 1)применяют нажимные насосно-домкратные установки, состоящие из одного или двух гидравлических домкратов, смонтированных на общей раме. Штоки домкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15.. 1,13 м). Раму с домкратами устанавливают на дно рабочего котлована, из которого ведут прокол. Рядом с котлованом размещают гидравлический насос высокого давления, к которому подключают домкраты. Прокол трубы производят циклично путем попеременного переключения домкратов на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передают через наголовник сменными нажимными патрубками, шомполами или зажимными хомутами. С применением нажимных патрубков длиной 1, 2, 3 и 4 м после вдавливания труб в грунт на длину хода штока домкрата шток возвращают в первоначальное положение и в образовавшееся пространство вставляют другой патрубок (удвоенной длины) и так продолжают до тех пор, пока не закончат прокол первой трубы. Далее к ней приваривают вторую, третью и т. д., пока не будет завершен прокол всего трубопровода. Шомпола делают из труб с отверстиями по бокам, расстояния между которыми соответствуют длине хода штоков домкратов. Они бывают внутренние, двигающиеся внутри трубы, и наружные, охватывающие ее снаружи. Шомпола жестко крепят к напорной балке домкратов, давление от которых к трубе передается через фланец-шайбу и толстый стальной стержень (диаметром 50 мм) с рукоятью, вставляемой поочередно в сквозные отверстия шомпола. При использовании шомпола по мере прокола трубы одновременно с обратным ходом штоков шомпол выдвигается назад, стержень переставляют в очередные отверстия и цикл повторяют до тех пор, пока вся труба не вдавится в грунт. Затем к ней приваривают следующую и ее также вдавливают с помощью того же шомпола и т. д.
Рис. 1 Способы прокола труб (общая схема работ)
1- наконечник;
2, 3 -приямки;
4- прокалываемая труба;
5 -шпалы;
6 -направляющая рама;
7- нажимной патрубок;
8- гидродомкраты;
9 -опорный башмак;
10- упорная стенка;
11- насосная станция;
12 -маслопроводы;
13 -нажимная заглушка;
14, 16 -рабочий и проемный котлованы;
15- обводной лоток;
Для прокола труб диаметром 100…600 мм на длину до 80 м применяют установки ГПУ-600 (рис. 2)с "шагающими" домкратами. При этом вначале гидродомкратами продвигают на длину хода штоков (1,2 м) нажимную плиту с прокалываемой трубой, а затем, после окончания рабочего цикла, подвижной упор обратным ходом штоков подтягивают вслед за прокладываемой трубой. Использование принципа "шагающих" домкратов позволяет значительно сократить продолжительность рабочего цикла. С помощью прокольной установки, работающей также по принципу "шагающих" домкратов, можно прокалывать трубы диаметром 200…400 мм на длину до 45 м. Помимо механического прокола применяют также гидро - и вибропрокол. При гидропроколе трубы в грунте прокалывают с использованием водяной струи, которая, выходя под давлением из конической насадки впереди трубы, размывает грунт и образует в нем отверстие диаметром до 500 мм, в котором прокладывают трубы.
Рис. 2. Прокол установкой ГПУ-600
1- прокалываемая труба;
2 -направляющая рама;
3- гидродомкраты;
4- упорная стенка;
5- насосная станция;
6 -рабочий и проемный котлованы;
7 -подвижкой упор;
8 -нажимная плита на тележке;
9- фиксатор.
Способ вибропрокола основан на использовании процессе прокола трубы дополнительных вибрационных воздействий. Этим способом можно не только прокалывать трубы диаметром до 500 мм на длину 35…60 м в несвязных песчаных и плывунных грунтах, но и извлекать их из грунта. Вибропрокол труб выполняют ударно-вибрационно-вдавливающей установкой УВВГП-400. При этом трубу с наконечником устанавливают в наголовнике ударной приставки вибромолота и далее ее внедряют в грунт под действием ударных импульсов в сочетании со статическим вдавливанием пригрузочным полиспастом (рис. 3).Применяют также универсальную виброударную установку УВГ-51 (см. далее рис. 7),предназначенную как для вибропрокола труб (диаметром 530 мм), так и для прокладки труб диаметром 530…1020 мм способом виброударного продавливания. Трубы малых диаметров (до 108 мм) прокалывают при помощи механических грунтопрокалывателей, работающих от двигателя внутреннего сгорания и способных обеспечивать максимальную длину прокола 50…60 м. Одним из эффективных способов прокладки труб с предварительным устройством горизонтальной скважины является применение пневмопробойников типа "Крот". С их помощью можно устраивать скважины диаметром от 63 до 400 мм и длиной до 40…50 м, в которых прокладывают трубопроводы. Пневмопробойник представляет собой самодвижущуюся в грунте пневматическую машину ударного действия. Его запускают из входного приямка в направлении приемного. При проколе стальных труб с помощью пневмопробойников их также используют в качестве ударного механизма, присоединенного к заднему торцу трубы и забивающего ее в грунт (рис. 4).Продавливание отличается от прокола тем, что прокладываемую трубу вдавливают открытым концом в массив, а грунт, поступающий в трубу, разрабатывают и удаляют из нее. При продвижении трубы преодолеваются усилия трения грунта по наружному контуру и врезания ножевой части в грунт. Для продавливания труб применяют нажимные насосно-домкратные установки из двух, четырех и более гидродомкратов. Количество их зависит от необходимого нажимного усилия.
Рис. 3. Вибропрокол установкой УВВГП-400
1- наконечник;
2 -направляющая рама;
3 -свая;
4 -лебедка;
5 -рана;
6- планка;
7 -ударная приставка;
8 -направляющие стержни;
9 -вибрационный механизм;
10 -электродвигатель.
Рис. 4. Прокол труб с помощью вибропробойников
1- наконечник;
2- прокалываемая труба;
3, 4 -рабочий и проемный котлованы;
5- электросварочный агрегат;
6 -причалка;
7 -отвес;
8 -пневмопробойник;
9 -сварка труб.
В зависимости от способа разработки грунта различают продавливание с ручной разработкой грунта и с механизированной. Поскольку производительность установок с ручной разработкой грунта относительно низка, на практике чаще применяют продавливание с механизированной разработкой.
С помощью установки СКВ (рис. 5)можно продавливать трубопроводы диаметром до 920 мм в грунтах I - III групп нормальной влажности, а также в водонасыщенных (после водопонижения) при скорости прокладки до 10 м/смену и общей его длине до 60 м.
Перед началом продавливания к переднему концу первой трубы приваривают ножевую секцию с диффузором. При вдавливании грунт проходит через диффузор и поступает в телескопический ковш, который канатом извлекают из трубы, а затем поднимают из котлована. Опорожненный ковш снова укладывают в корпус рабочего органа и канатом подают в забой. Процесс прокладки второй и последующих труб аналогичен.
Рис. 5. Схема продавливания труб установкой СКБ
1- ножевая часть;
2, 5- накаты;
3 -ролики;
4 -ковш;
6 -барабан-наполнитель;
7 -уравнитель;
8- продавливаемая труба;
9 -нажимная штанга;
10 -траверса;
11 -фланцы;
12- гидродомкраты;
13- лебедка;
14 -упорная стенка;
15- башмаки;
16 -направляющая рама;
17 -шпалы.
Установкой ПУ-2, работающей по такому же принципу, продавливают трубы диаметром 1220 и 1420 мм при скорости 8,4 м/смену на длину до 60 м. Трубы диаметром 1220 мм продавливают также установками У-12/60. Вначале к продавливаемому трубопроводу приваривают головку установки, которая воспринимает лобовое сопротивление грунта. Грунт из трубы удаляют челноком, расположенным внутри головки. Работа установки (рис. 6)заключается в периодическом вдавливании трубы на длину хода штоков домкратов (1 м) с последующим извлечением челнока и его разгрузкой.
Рис. 6. Схема продавливания труб установкой У-12/60
1- продавливаемая труба;
2- гидродомкраты;
3 -упорная стенка;
4- лебедка;
5- гидропривод;
6- нажимной патрубок;
7 -головка;
Виброударной установкой УВГ-51 (рис. 7)можно продавливать трубы диаметром 530…1020 мм на длину до 50 м, причем диаметром до 530 мм - без удаления грунта из скважины (проколом), а диаметром до 1020 мм - с его удалением. При прокладке труб способом виброударного прокола к переднему их концу приваривают глухой конусный наконечник и забивают ударами вибромолота. При прокладке труб способом виброударного продавливания к переднему их торцу приваривают серповидную накладку (для обеспечения зазора 10…15 мм между скважиной и трубой), а в задней части трубы вырезают два боковых окна для удаления грунта. Внутрь трубы помещают виброударную желонку (рис. 8).При проходке труба открытым концом внедряется в грунт па определенное расстояние (заходку), а затем желонка подается канатом к забойному концу трубы, внедряется с помощью вибромолот в грунт, забирает его и с помощью каната перемещается к разгрузочным окнам. Процесс проходки состоит из отдельных периодически повторяющихся циклов, в которых каждое внедрение в грунт трубы на 1…5 диаметров чередуется с выбором грунта виброударной желонкой.
Рис. 7. Схема продавливания труб виброударной установкой УВГ-51
1- продавливаемая труба;
2 -наконечник;
3- кран трубоукладчик;
4 -передвижная электростанция;
5- вибромолот;
6 -электродвигатель;
7 -портальная рама;
Рис. 8. Устройством для удаления грунта
1- продавливаемая труба;
2- передвижной блок;
3 -стакан;
4 -вибромолот с электроприводом;
5 -канаты для перемещения желонки в трубе;
6 -окно для разгрузки грунта
Продавливанием прокладывают трубы диаметром 400…2000 мм на расстояние 70…80 м в грунтах I-III группы.
Прокладка трубопроводов способом горизонтального бурения
Процесс бурения и прокладки в скважине трубопровода может быть раздельным и совмещенным. При раздельном вначале бурят скважину, а затем, после извлечения из нее бурового инструмента, прокладывают трубопровод. При совмещенном одновременно с продвижением бурового инструмента прокладывают трубу. Прокладку труб способом горизонтального бурения можно вести при помощи установки типа "Запорожье", которая оснащена сменным оборудованием для прокладки труб диаметром 327…377, 426…630 и 820…1420 мм. Грунт из трубы удаляют ковшом. Средняя скорость бурения скважин и прокладки труб установкой "Запорожье" составляет 6…12 м/смену.
Более производительными и распространенными в настоящее время являются шнековые установки горизонтального бурения типа УГБ или ГБ, в которых совмещаются процессы бурения, прокладки труб с непрерывным удалением грунта из забоя (рис. 9). Спомощью этих установок можно прокладывать трубопроводы в грунтах до IV группы диаметром 325…1420 мм протяженностью 40…60 м. В ходе прокладки непрерывное механическое бурение скважины производят фрезерной головкой, а удаление грунта - винтовым конвейером, т. е. шнеком. Когда бурение выполнено на длину первой секции, работы прекращают, машину снимают и ставят рядом с котлованом, а на освободившиеся опорные тележки ставят вторую секцию трубы, приваривают ее к первой и соединяют шнеки. Далее, снова установив машину и соединив привод, продолжают бурение. Дальнейшее наращивание присоединением третьей и последующих секций трубы и шнекового транспортера производят в аналогичной последовательности.
Рис. 9. Бестраншейная прокладка труб способом, горизонтального бурения установками типа УГБ и ГБ
1- режущая головка;
2- упорный якорь;
3- полиспаст;
4 -шнек;
5- рама;
6 -лебедка;
7 - карданный вал;
8 -двигатель внутреннего сгорания;
9- вал привода шнека;
10 -хомуты;
11- прокладываемая труба;
12 -кран трубоукладчик
Применяют также машины горизонтального бурения на базе трактора (рис. 10).
Рис. 10. Бестраншейная прокладка труб способом горизонтального бурения установкой УГБ на тракторе
1 -шнек;
2 -тяговое устройство на тракторе;
3 -сварочный генератор;
4 -коробка отбора мощностей;
5- опорная плита;
6 -люнет;
7- рабочий орган;
8 -совок
Разработан также способ прокладки труб большого диаметра горизонтальным бурением путем расширения пионерной скважины. При этом вначале с помощью установок УГБ и ГБ разрабатывают пионерную скважину с одновременной прокладкой в ней трубы-лидера, а затем обратным ходом установки, с помощью расширителя, установленного на конце шнека, разбуривают пионерную скважину под трубу большего диаметра. При обратном ходе труба-лидер выталкивается из скважины прокладываемым трубопроводом большого диаметра. Для прокладки трубопроводов этим способом ВНИИСТ разработал установку ГБ-1720, состоящую из двух агрегатов для бурения пионерной скважины и ее разбуривания подачи основного трубопровода и выталкивания трубы-лидера. Для прокладки труб диаметром 820…1420 мм в любых грунтовых условиях (кроме плывунов и скальных пород) применяют также машины типа ПМ (рис. 11),позволяющие прокладывать трубы на длину до 120 м при средней скорости до 15м/смену. Грунт в процессе продвижения трубы извлекают совком.
Рис. 11. Бестраншейная прокладка труб способом горизонтального бурения установкой ПМ
1- режущая головка;
2 -совок;
3 -обойма блока;
4 -опорная стенка;
5 -направляющая рама;
6 -захват;
7- лебедки подачи;
8 -разгрузочно-тяговое устройство;
9 -емкость;
10 -разгрузочный обратный клапан
Выбор способов прокладки труб
Способ бестраншейной прокладки труб выбирают в зависимости от их диаметра и длины прокладки, а также физико-механических свойств, гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов и назначения прокладываемых трубопроводов. Выбор способа зависит также от наличия в строительной организации соответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных установок и оборудования. С учетом изложенного при необходимости прокладки под дорогами трубопроводов диаметром 50…500 мм в глинистых и песчаных грунтах без твердых включений на длину до 80 м следует применять механический прокол труб домкратами, а при прокладке труб диаметром 100…200 мм на длину 30…40 м или 400…500 мм на 20 м в песчаных и супесчаных грунтах - гидропрокол. Трубы диаметром 500 мм на длину 60 м в несвязных песчаных, супесчаных и плывунных грунтах целесообразно прокладывать вибропроколом. Трубы диаметром 89…108 мм на 50…60 м в глинистых грунтах целесообразно прокладывать грунтопрокалывателями, а диаметром 300…400 мм на 40…50 м в мягких грунтах (до III группы) - пневмопробойниками. Продавливание целесообразно применять при бестраншейной прокладке труб диаметром 400…2000 мм на длину 70…80 м в грунтах I-III групп. Горизонтальное бурение применяют при прокладке труб диаметром 325…1720 мм на длину 40…70 м в песчаных и глинистых грунтах.
При выборе способов, однако, необходимо иметь в виду, что механический прокол и вибропрокол в скальных и кремнистых грунтах не применяются, а способ гидропрокола возможен лишь при наличии источников подачи воды и мест для сброса пульпы. Применять пневмопробойники в грунтах с повышенным их водонасыщением и малым сцеплением не следует. Способ продавливания неприменим в плывунных грунтах, а горизонтального бурения - при наличии грунтовых вод.
Способы обеспечения и проверки заданного положения трубопровода
Для обеспечения необходимого направления прокладываемой трубы используют вертикальные и горизонтальные направляющие рамы, устанавливаемые на дне рабочего котлована. Направляющие рамы изготавливаются из деревянных брусьев, шпал и рельсов или профилированного проката (уголков и т. д.). Горизонтальную направляющую раму устраивают от опорной рамы домкратов до приямка, предназначенного для сварки и изоляции стыков прокладываемых труб. Направляющие рельсы или уголки рам тщательно центрируют и выверяют в плане и вертикальной плоскости (по заданному уклону) с помощью точных геодезических приборов. Все это, как показывает опыт, обеспечивает в процессе бестраншейной прокладки труб заданное их направление и положение.
При использовании пневмопробойников они, благодаря своей осевой симметрии и значительной длине (1,4…1,7 м), в основном сохраняют при движении в грунте заданное направление. При этом точность проходки скважины зависит от двух факторов: точности ориентирования пневмопробойника при запуске и прямолинейности его движения в грунте. Для увеличения точности ориентирования запуск пневмопробойника должен производиться при помощи точно выверенного и отцентрированного стартового устройства. Прямолинейность движения его в грунте обеспечивается, как отмечалось, за счет осевой симметрии и значительной длины корпуса пневмопробойника. Однако она также зависит от однородности грунта, глубины заложения скважины, наличия твердых включений, пустот, мерзлого грунта. Для уменьшения искривлений скважины в сложных грунтовых условиях и при их значительной длине к пневмопробойникам применяют специальные насадки - удлинители. При обеспечении точности запуска пневмопробойника отклонение скважины от заданного положения на длине 20 м, как правило, не превышает 0,2…0,3 м по вертикали и 0,05…0,1 м по горизонтали, что вполне приемлемо.
Техника безопасности
При продавливании труб с ручной разработкой грунта пребывание рабочих внутри трубопровода допускается (если диаметр труб не менее 1200 мм и длина до 40 м) не более 1 ч с интервалами между циклами работы не менее 30 мин. Трубопровод протяженностью более 10 м необходимо проветривать системой принудительной вентиляции. Продавливание труб с ручной разработкой грунта допускается только при условиях, исключающих прорыв в забой воды, газов, сточных вод и при обеспечении с рабочими двусторонней связи. Разрабатывать грунт внутри трубы допускается только при заполнении конца трубы грунтом не менее чем на длину ножа; за пределами его разрабатывать грунт вручную запрещается. При проколе и продавливании труб рабочим запрещается находиться вблизи гидродомкратов и нажимных патрубков.
ЩИТОВАЯ ПРОХОДКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДОВ
Общие положения
Щитовая проходка предусматривает разработку грунта под прикрытием щита и закрепление тоннеля сборными чугунными и железобетонными тюбингами или монолитным бетоном, а также керамическими блоками. Щитовую проходку ведут обычно с помощью проходческого щита, изготовленного в виде металлической оболочки, диаметр которой равен наружному диаметру сооружаемого тоннеля. Ее применяют в тех случаях, когда другие способы бестраншейной прокладки трубопроводов применить не представляется возможным. Щитовую проходку используют при пересечении трубопроводами площадей, улиц и проездов с интенсивным движением транспорта и пешеходов, а также при пересечении трубопроводами железных дорог. В последнем случае щитовую проходку применяют лишь при глубине заложения трубопроводов более 5 м. В больших городах с помощью щитовой проходки устраивают тоннели для совмещенной прокладки трубопроводов и коммуникаций, а также заглубленные канализационные коллекторы. С помощью щитов проходят выработки на разных глубинах и в самых разнообразных грунтах. При работе в водонасыщенных грунтах принимают специальные меры по борьбе с грунтовой водой.
Щит состоит из трех основных частей: передней - режущей, клиновидной формы с козырьком или без него, средней - опорной, где размещаются домкраты, и задней - хвостовой. Щит вдавливается в грунт гидравлическими домкратами, а грунт перед щитом разрабатывают ручным или механическим способом. Сооружение обделки (стенок) тоннеля выполняют в хвостовой части щита. Для щитовой проходки применяют проходческие щиты нескольких видов диаметром 2…5 м, которые в зависимости от способа разработки грунта в забое и его транспортировки подразделяются на механизированные, частично механизированные и немеханизированные. Механизированные щиты (рис. 12)более производительны, но сложнее в эксплуатации. Немеханизированные (рис. 13)отличаются простотой в управлении и широко применяются при проходке тоннелей или коллекторов диаметром до 2,5 м. Встречающиеся при щитовой проходке разнообразные гидрогеологические условия усложняют производство работ, однако в настоящее время разработано оборудование и имеются способы, позволяющие осуществлять проходку практически в любых грунтовых условиях. В устойчивых грунтах применяют механизированные щитовые комплексы типа КЩ (рис. 14)с наружным диаметром щитов 2,1; 2,6; 3,2; 4 м. В твердых грунтах, когда невозможно использовать комплексы КЩ, проходку ведут немеханизированными щитами с ручной разработкой грунта. Для разработки крепких пород при этом применяют отбойные молотки либо взрывной метод.
Рис. 12. Конструкция механизированного щита для устройства тоннелей диаметром 2,1 м
1- погрузочная воронка;
2 -приемное окно;
3- роторная часть;
4- съемные резцы;
5- коническое днище;
6 -поворотный цилиндр;
7- гидравлические домкраты;
8- тележки для грунта;
9 -транспортер;
10 -электродвигатель;
11 -обделка тоннеля.
Рис. 13. Схема проходки немеханизированным щитом с ручной разработкой грунта
1- тележки для грунта;
2 -немеханизированный щит;
3 -электровоз;
4 -рельсовый путь;
5- приямок;
6- насос;
7 -кран;
8- монтажная шахта;
9 -камера
Рис. 14. Схема проходки тоннеля диаметром 4,1 м механизированным щитовым комплексом с обделкой из монолитного пресс-бетона
1- тележки для грунта;
2 -рельсовый путь;
3 -механизированный щит;
4- секции опалубки;
5 -механизм перемещения опалубки;
6 -цистерна;
7 -транспортер выдачи грунта;
8 - пресс-бетон;
9 -вагонетки;
10 -бетонопровод;
11- механизм передвижения платформы;
12 -транспортный мост
Технология щитопроходческих работ
Щитопроходческие работы выполняют обычно в три стадии. На первой (подготовительной) устраивают монтажную или начальную шахту для опускания щита в забой, подводят электроэнергию, устраивают вентиляцию и т. п. Прокладывают также пути для откатки грунта, оборудуют шахтный двор. По окончании строительства коллектора щит выводят и поднимают на поверхность через демонтажную или конечную шахту. Иногда устраивают промежуточные шахты для подачи материалов, выдачи грунта и вентиляции забоя. В начальной шахте устраивают свайный упор и монтируют проходческий щит. На второй стадии начинают проходку-передвижку щита, включающую разработку грунта в забое, продвижение щита, монтаж блочной или возведение монолитной первичной обделки. На третьей - если тоннель используется как самотечный трубопровод (канализационный коллектор), внутри него устраивают монолитную или сборную рубашку (вторичную обделку) и лоток, а если как проходной канал, то внутри монтируют трубопроводы и коммуникации.
Введение щита в забой. Щит в шахту опускают краном и затем внизу устанавливают его в направлении проходки. Непосредственно в забой щит вводят с помощью гидравлических домкратов, упираемых в специально устроенную временную опору (упор). В стене шахты в месте забоя оставляют круглое отверстие диаметром, на 100 мм превышающим диаметр щита. По мере разработки грунта и продвижения щита устраивают блочную или монолитную обделку по всему периметру тоннеля. Когда щит полностью войдет в грунт и будет пройдено первых 10…12 м тоннеля, разбирают упор, снимают рамы и распорки. Затем в монтажной или промежуточной шахте оборудуют бадьевое отделение с краном для подъема вагонеток или их кузовов с грунтом, а также подачи необходимых материалов для щитопроходческих работ. Для входа работающих в тоннель и выхода из него в шахте устраивают также лестничную клетку. Оборудовав бадьевое отделение, начинают щитовую проходку.
Производство работ в различных грунтовых условиях. Проходка тоннеля включает в себя ряд процессов, в том числе: разработку пород в забое, передвижку щита, транспортировку материалов, устройство блочной или монолитной обделки, инъецирование стыков, вспомогательные работы по устройству откаточных путей и прокладке коммуникаций. Ведущим процессом является разработка породы в забое, так как от него зависит темп проходки. Трудоемкость проходческих работ в значительной степени зависит от типа применяемого щита, так как ручная разработка породы в забое при немеханизированных щитах отличается повышенной трудоемкостью. Поэтому всегда, когда позволяют грунтовые условия, следует применять механизированные щитовые комплексы. Разработку мягких пород грунта ведут под защитой козырька и режущей части щита. Грунт в забое не добирают до конца щита на 10… 15 см. Глубина разработки породы зависит от характера грунтов, условий трассы тоннеля, диаметра и конструкции щита, но обычно разработку ведут на ширину одного кольца обделки. Разработку грунта ведут сверху вниз и поэтому сначала крепление с верхней части забоя снимают, но после разработки грунта на необходимую глубину лоб забоя снова укрепляют.
В водонасыщенных и слабых грунтах щитопроходческие работы осложняются. В грунтах с умеренным притоком вод проходку ведут с перекрытием лба забоя или, как говорят, "с закрытой грудью". При этом лоб забоя частично или полностью перекрывают шандорами (стальными щитами), установленными на болтах с внутренней стороны ножевого кольца. Однако лучше всего борьбу с грунтовыми водами при щитовой проходке вести способом искусственного осушения забоя легкими или эжекторными иглофильтрами или погружными насосами в скважинах. В тех случаях, когда из-за чрезмерно малой величины коэффициента фильтрации грунтов применить водопонизительные установки не представляется возможным, или по другим причинам применяют способы разработки грунта в забое под защитой сжатого воздуха (кессонным способом) или путем замораживания забоя. При кессонном способе проходки грунтовая вода отжимается избыточным давлением воздуха, для чего коллектор разделяется на зону повышенного и нормального давления при помощи воздухонепроницаемых перегородок и шлюзов, необходимых для прохода людей и транспортировки материалов и породы.
Порядок монтажа блочной и тюбинговой обделки тоннеля
Обделку тоннелей или коллекторов устраивают из сборных элементов (блоков или тюбингов), а также монолитного бетона и железобетона. Обделка из тюбингов, устанавливаемых без связей, наиболее экономична. Работы по устройству обделки тоннеля начинают с укладки лотковых блоков, а затем по обе стороны монтируют боковые блоки и в заключение устанавливают замковый блок (рис. 15, а).Блоки (рис. 15, б, в)можно укладывать с постепенным убиранием штоков домкратов и освобождением места для блока нового кольца или с одновременной уборкой штоков всех домкратов. Каждый блок после укладки обжимают домкратами. При укладке кольца из трапециевидных блоков (см. рис. 15, б)некоторые из них не доводят на всю длину, что облегчает сборку, а после установки замкового блока их дожимают домкратами вместе с замковым блоком и далее они служат опорами домкратов при передвижении щита. В щитах диаметром до 2,6 м блоки укладывают вручную, а в щитах больших диаметров - механическими блокоукладчиками с гидравлическим или электрическим приводом. В щитах диаметром 3,6 м блокоукладчик прикреплен непосредственно к щиту. Укладку тюбингов также ведут снизу в обе стороны вверх до замка. В каждом кольце тюбинги укладывают со сдвижкой на два отверстия во избежание сквозных продольных швов. Чтобы кольцо имело правильную круглую форму, между тюбингами и оболочкой щита укладывают дубовые клинья, убираемые после установки замкового тюбинга. При передвижке щита происходит обжатие тюбинговой обделки, после чего швы между тюбингами зачеканивают с одновременной заделкой металлических штырей в соединениях раствором на расширяющемся цементе. В заключение насосом под давлением 1,5…2 МПа нагнетают цементный раствор за обделку, что необходимо для придания кольцу большей жесткости (во избежание его самопроизвольного оседания) и заполнения выработанного пространства.
Рис. 15. Конструкции щитов
а- крепление тоннеля блоками (тюбингами);
б- трапецеидальный пазово-гребневой блок;
в- железобетонный тюбинг;
1- тележки для грунта;
2 -рельсовый путь;
3 -блоки обделки;
4- лотковый блок;
5 -замковый блок
Устройство обделки из монолитного пресс-бетона
Устройство обделки из монолитного бетона, особенно из пресс-бетона, получает в последнее время все большее распространение. Для возведения монолитно-прессованной обделки в хвостовой части щита устанавливают опалубку, за которую нагнетают бетон. Принцип работы щитового механизированного комплекса при этом основан на сочетании вдавливания в забой головной части щита и одновременного прессования бетонной смеси в его хвостовой части (рис. 14).Проходческий комплекс состоит из щита (применяются щиты диаметрами 2,1; 2,6; 3,6 и 4,1 м), металлической опалубки, механизма для перестановки опалубки, транспортного моста, передвижной платформы с транспортером, бетоноводом и пневмоподатчиками. Бетон подают в заопалубное пространство через устройство в прессующем кольце по бетоноводу от пневмоподатчиков. Вначале между стенками опалубки и щита происходит предварительное уплотнение бетона, а затем (при передвижке щита с отсоединением бетоновода от прессующего кольца) - окончательная перепрессовка бетонной смеси с передачей усилия на породу. Этот способ имеет ряд преимуществ. Так, он позволяет сразу же получить готовую обделку тоннеля или коллектора с гладкой водонепроницаемой поверхностью, не требующей отделки, в то время как сборные обделки требуют проведения дополнительных отделочных работ. Кроме того, этот способ обеспечивает надежное заполнение пространства между обделкой и породой, дает экономию арматурной стали и позволяет снизить затраты труда.
Использование тоннелей для совмещенных коммуникаций
Тоннели, выполненные щитовой проходкой, используют как коллекторы, работающие по безнапорному режиму всем сечением, и как галереи для совмещенной прокладки напорных трубопроводов и других коммуникаций. Поверх первичной обделки таких тоннелей устраивают железобетонную монолитную или сборную рубашку (вторичную обделку) из отдельных колец, причем таких размеров, чтобы между ними и обделкой был кольцевой зазор 3…4 см. Его замоноличивают бетоном на мелком заполнителе (до 8 мм) под давлением. Затем бетонируют и отделывают лоток.
Трубопроводы в тоннеле монтируют из одиночных труб с подачей их к месту сборки на платформах узкоколейного пути или монорельсовым транспортом. Если тоннель с одного конца выходит на дневную поверхность, то весь процесс сборки и сварки трубопровода организуют у этого торца. Трубопровод отсюда постепенно наращивают. В противоположном торце тоннеля (или принятого монтажного участка) оборудуют тяговое устройство (например, лебедку), а на опоры трубопровода устанавливают катки. По ним по мере наращивания трубопровода его протягивают внутрь тоннеля. Если у входа в тоннель создать сборочную площадку нельзя, монтаж труб ведут внутри тоннеля с подачей их со свободной стороны.
Техника безопасности
В процессе перемещения щита надо постоянно следить за правильностью его передвижки и при помощи домкратов передавать ему заданное по проекту положение. Если щит отклоняется в сторону, то, действуя домкратами с противоположной стороны, ему придают нужное направление.
При щитовой проходке щит, его механизмы и приспособления разрешается вводить в действие лишь после их приемки по акту. Грунт разрабатывать следует только в пределах козырька щита. Нельзя передвигать щит на расстояние, превышающее ширину кольца обделки. В неустойчивых, слабых грунтах лоб забоя следует крепить временной крепью, а в сыпучих грунтах надо применять, как правило, щиты с горизонтальными полками, число которых принимают исходя из условий обеспечения устойчивости откоса грунта. Передвигать щит разрешается только в присутствии сменного мастера или производителя работ, не допуская при этом пребывания людей у забоя. Используемые для вывоза грунта опрокидные вагонетки со съемными кузовами должны быть оборудованы запорами против произвольного их опрокидывания, загружать их выше кузова не допускается. Для освещения места работы и сигнализации в подземных выработках допускается применять сети напряжением не более 36В, а в стесненных и влажных условиях - не более 12В. Не допускается применять в одних и тех же выработках ручную и механизированную откатку. При ручной откатке на передней стенке вагонетки должен быть установлен световой сигнал. При проходке шахт и тоннелей (коллекторов) должна быть устроена вентиляция. Кольца обделки тоннеля следует собирать последовательно с обеих сторон по одному блоку (элементу). Укладывать каждый последующий блок разрешается только после надежного закрепления предыдущего. Все электрические установки и пусковая электроаппаратура на механизмах и приспособлениях должны быть ограждены и надежно заземлены.
Электронный текст документа подготовлен
ЗАО "Кодекс" и сверен по:
Общероссийский общественный фонд
"ЦЕНТР КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА"
г. Санкт-Петербурга
