Щитовая прокладка туннелей
Далеко не всегда работы по устройству инженерных сетей, коллекторов и тоннелей проходят на осваиваемых участках земли, еще не занятых жилыми и производственными зданиями. Часто приходится осуществлять модернизацию и благоустройство уже благоустроенных участков, на которых планируется интегрированная застройка. В этих случаях нагрузка на коммуникации возрастает и требуются новые трубопроводные сети для обеспечения безопасного функционирования инженерных сетей и сетей жилищно-коммунального хозяйства.
Традиционная траншейная прокладка труб большого диаметра в таких условиях может быть осложнена: размещаемые коммуникации, например, могут пролегать под уже функционирующими дорогами с плотным потоком автомобилей или находиться между зданиями, доступ к которым при реализации проекта будет затруднен. Кроме того сама площадка строительных работ значительно уменьшается, что исключает использование стандартной габаритной техники для траншейной прокладки.
В таких случаях применяется щитовая бестраншейная прокладка с разборкой грунта под прикрытием щита, транспортировкой его за пределы забоя и последующим укреплением стенок тоннеля ЖБИ или стальной трубой. Сам щит представляет собой сваренную из обечаек металлическую трубу-каркас, которая по размеру диаметра должна совпадать с проектным диаметром организуемого тоннеля.
Конструкция проходнического щита из труб
Щит представляет собой конструкцию, состоящую из трех основных частей:
- Первая – передняя, имеет клиновидную форму, иногда оснащается козырьком.
- Вторая – средняя, состоит из нескольких домкратов, количество которых определяется по сложности грунта.
- Третья – хвостовая. Как правило труба для щита используется не целостная, а сваренная из обечаек, покрытых керамической оболочкой либо ЖБИ.
Принцип работы заключается в том, что щит с помощью гидравлических домкратов проталкивается в почве по заданным проектом параметрам (угол наклона, высота). До этого необходимо реализовать предварительные работы - разработать грунт. Укрепление стенок получившегося туннеля осуществляется только в хвостовой части щита.
Щиты из ТБД бывают диаметром 2-5 метров, причем немеханизированными устройствами прокладывают туннели диаметром до 2,5 м. В случае, когда необходимо создать пространство большего диаметра, используют частично механизированные или механизированные аппараты.
Немеханизированные щиты из труб
По техническим характеристикам они мало чем отличаются друг от друга. Они просты в эксплуатации, но имеют ограничения по использованию, описанные выше. Однако существуют отличия конструкционные: щиты выпускают с открытой и закрытой передней частью. Если щит имеет открытую переднюю часть, то его режущую основу должен защищать козырек, оснащенный клиновидным ножом. Домкраты устанавливают по периметру устройства, соответственно, стыкуя со стенками трубы. Протолкнув щит на заданное расстояние, монтируют ЖБИ кольца (в случае сборной отделки. Не более 1-2 колец за проход), либо обрабатывают участок монолитной отделки. Скорость проходки варьируется от 0,8 до 1,2 м за смену, что зависит от качества грунта и диаметра организуемого туннеля. Скорость строительных работ замедляет необходимость регулярно разбирать вытесненный грунт. В любом случае, если тоннель предназначен для прокладки трубопровода, непосредственно саму трубу или ее кожух (футляр) «на сырую» не укладывают – стенки туннеля укрепляют бетоном.
Механизированные щиты
Конструкция механизированного щита предполагает наличие механизмов, которые занимаются перераспределением выдавленного грунта и направления его за зону прокладки трубопровода. данные механизмы выпускают четырех типов: экскаваторные. роторные, штанговые и гидромеханические, но наиболее часто эксплуатируемые модели – те, что снабжены роторными либо экскаваторными рабочими органами.
Роторные аппараты снабжены спиральными лопатками, которые бесперебойно направляют выдавленный грунт на конвейерную ленту. По ленте земля попадает в тележки. которые по мере наполнения заменяют. В этом случае щит из труб, продвигаясь на рабочее расстояние в 1 метр, перемещают и конвейер-разгрузчик. таким образом после каждого прохода заниматься корректировкой системы не нужно. Как только установка продвигается на глубину 1-2 колец, весь механизированный рабочий орган оттягивают назад, чтобы дать доступ бетоноукладчику. На поверхность грунт поставляют при помощи кранов или клетьевых подъемников.
Экскаваторный механизм работает по системе «обратной лопаты». Из ковша грунт поступает на все тот же конвейер и далее по принципу роторной системы. щит диаметром 2 метра способен протащить 16 домкратов, каждый из которых имеет грузоподъемность 125т.
Три этапа работ
- Первый этап работ по прокладке туннелей – подготовительный. Организуя рабочее пространство применяется трубошпунт, швеллеры. Щит помещается в подготовленную шахту при помощи стрелкового крана, организуют систему освещения и вентиляции. Различные металлоконструкции могут служить для облегчения организации путей отвода грунта и шахтного двора. Сваи из труб (или трубошпунта) служат упорными элементами в шахте.
- Второй этап – непосредственно продвижение щита в забой. Для этого саму трубную конструкцию с помощью крана опускают на дно шахты двора, а непосредственно в рабочую шахту щит продвигают домкраты. Чтобы без затруднений ввести щит в забой, диаметр шахты делают на 100 мм больше диаметра продвигаемой конструкции. Последующее продвижение и обделка тоннеля осуществляется по схеме, описанной выше. Как только щит проходит расстояние 10-12 м, конструкцию разбирают, чтобы организовать бадьевое отделение с наземным выходом. Бадьевое отделение служит для вывода наполненных вагонеток и подвода необходимых материалов для дальнейшей реализации прокладки тоннеля. Над отверстием в бадьевое отделение ставят кран.
- Третий этап – дополнительный. Он необходим только в том случае, если тоннель создается под коллектор. на этом этапе организуется лоток.
Работа с разными грунтами
Скорость работ зависит от свойств самого грунта. Но немеханизированные установки могут работать практически в любых условиях:
- плотный грунт,
- высокая влажность,
- сыпучесть грунта и т.д.
В этом случае разборку грунта производят вручную. Если условия позволяют, применяется механизированный комплекс КЩ. При выборе установки для работ он является приоритетным и другие варианты рассматриваются в том случае, когда работа данной конструкции с грунтом невозможна (например, с твердыми грунтами). Для работы с такими породами требуются отбойные молотки, либо взрывные системы. В мягких же грунтах рабочей части требуется защита козырьком. Учитывая то, что грунт подвижен, что создает риск сползания имеющихся на поверхности построек, организуется крепление лба забоя при помощи металлопрокатных изделий.
В водонасыщенных грунтах с умеренными водными потоками лоб забоя укрепляют стальными листами-щитами, которые крепят на болты. Но на практике намного эффективнее предварительно осушить рабочую область при помощи легких либо эжекторных иглофильтров. На участках, где коэффициент фильтрации грунтов слишком низкий, иглофильтры будут бесполезны. В таких условиях применяют метод заморозки грунта, либо, что более комфортно для последующей работы – кесонный метод, то есть вытеснение влаги воздухом, направляемым под давлением. Однако последний из описанных методов требует дополнительной подготовки: организации систем шлюзов и камер с разным уровнем давления воздуха.
Прокладка труб в тоннелях
В тоннелях, проложенных методом щитовой прокладки, как правило организуют безнапорные трубопроводы большого диаметра, цистерны и отстойники. В ином случае тоннель служит в качестве галереи, в которой уже монтируют напорные трубопроводы, таким образом обеспечивая постоянный доступ к трубопроводной системе, изолированной от воздействия окружающей среды.
Трубопроводы прокладывают из отдельных труб, длина которых до шести метров (мерные и немерные). Сварка элементов осуществляется на месте, что требует особенно тщательного соблюдения техники безопасности, учитывая бункерный тип места проведения работ. Трубы подают через специально организованные монтажные шахты, после чего по колеям протаскивают к месту сварки. В случае. когда один из выходов тоннеля не застроен, сборку и сварку можно производить с этого конца, протаскивая скрепленные ТБД и отводы вглубь тоннеля.
Техника безопасности: положения
- При использовании немеханизированных щитов разборка грунта производится вручную. В этом случае рабочие допускаются к месту разбора, если исключена вероятность прорывов воды, газов, стоков в место забоя, обрушения зданий на поверхности и осыпания грунта.
- Необходимо обеспечить рабочих внутри тоннеля и в шахтном дворе двусторонней связью.
- Внутри организуемого трубопровода-тоннеля при диаметре трубы от 1200 мм и длине не более 40 м рабочие могут находится в течение часа, после чего организуется получасовой перерыв, который повторяется после каждого цикла.
- Грунт разбирают только внутри трубы, когда отвалы заполнят пространство на расстояние минимум в одну длину ножей. За пределами этой площадки вести работы запрещено, также запрещено находиться вблизи работающих домкратов.