По мнению специалистов Инжиниринговой Компании «2К» технология возведения тоннелей и подземных сооружений — это комплексный и высокотехнологичный процесс. Давайте разберем его по ключевым компонентам: щиты, проходка и гидроизоляция.
1. Тоннелепроходческие Щиты (ТПЩ) или «Метод Щитовой Проходки».
Это основной механизированный способ строительства тоннелей в мягких и неустойчивых грунтах. Щит — это подвижная стальная оболочка, которая защищает рабочих от обвалов и обеспечивает возможность проведения работ.
Основные компоненты ТПЩ
Ножевой отсек (камера): Передняя часть щита, где находится вращающийся рабочий орган. Рабочий орган (ротор или колесо с фрезами): Разрушает породу или грунт. Может быть разной формы (звездообразный, панельный и т.д.) в зависимости от условий.
Система выдачи грунта: Шнековые конвейеры или насосы, которые транспортируют разрушенную породу из забоя.
Система проходки: Гидравлические домкраты (джаки), которые упираются в последнее установленное кольцо обделки и продвигают весь щит вперед.
Кессонная камера (при необходимости): Герметичный отсек, куда нагнетается сжатый воздух для отжима грунтовых вод и стабилизации забоя в обводненных грунтах.
Типы тоннелепроходческих щитов
1. ЭПБЩ (Эarth Pressure Balance Shield) — Щит с регулированием давления грунта:
Принцип: Разрушенный грунт в ножевой камере не удаляется сразу полностью, а перемешивается до пластичного состояния и служит «упором», балансируя давление окружающего грунта.
Применение: Глинистые, суглинистые грунты, влажные пески. Самый распространенный тип для городского метростроения.
2. SLS (Slurry Shield) — Гидравлический Щит:
Принцип: Забой заполнен бентонитовой суспензией, которая создает противодавление воде и стабилизирует стенки забоя. Разрушенный грунт смешивается с суспензией и откачивается на поверхность, где сепаратор отделяет грунт, а очищенная суспензия возвращается в забой.
Применение: Сильно обводненные, неустойчивые грунты (пески, гравий), под руслами рек.
3. Открытый Щит (Open Face Shield):
Принцип: Забой открыт, грунт разрабатывается механически или вручную. Защита обеспечивается самой конструкцией щита.
Применение: Устойчивые, скальные или полускальные породы, где нет угрозы обрушения.
4. Щиты для Скальных Пород (Hard Rock TBMs):
Принцип: Имеют дисковые ковши (cutters), которые не фрезеруют, а скалывают и дробят породу под высоким давлением.
Применение: Проходка в твердых скальных массивах.
Проходка (Организация Процесса)
Проходка — это циклический процесс, который синхронизирован с работой щита.
Цикл проходки включает:
- собственно проходка (Усилие подачи):
- ¾ включен ротор, домкраты упираются в последнее кольцо обделки и толкают щит вперед;
- ¾ грунт разрабатывается и транспортируется на поверхность.
Остановка и монтаж обделки
- Проходка приостанавливается.
- Домкраты убираются, освобождая пространство для монтажа нового кольца тоннельной обделки.
- С помощью erector'а (эрректора) — монтажного механизма — устанавливается новое кольцо из тюбингов.
- Нагнетание тампонажного раствора
После монтажа кольца, в пространство между наружной поверхностью тюбингов и грунтом (т.н. «закольное пространство») через специальные отверстия в тюбингах нагнетается цементно-песчаный раствор.
Цель: Равномерно передать давление от обделки на грунт, предотвратить просадки поверхности и обеспечить водонепроницаемость.
- Цикл повторяется;
- сопутствующие работы:
- ¾ локомотивный состав: Доставляет тюбинги и материалы в забой, вывозит грунт;
- ¾ вентиляция: Обеспечивает подачу свежего воздуха и удаление вредных газов;
- ¾ электроснабжение и управление: Все процессы управляются из диспетчерского пульта.
Гидроизоляция
Это одна из самых критичных задач, от которой зависит долговечность и безопасность тоннеля. Гидроизоляция работает по принципу «слоеного пирога».
- первичная гидроизоляция (Основная несущая и гидроизолирующая конструкция).
Тюбинговая обделка
Материал: Высокопрочный железобетон (иногда чугун или сталь).
Герметизация: Стыки между тюбингами имеют специальные пазы, в которые укладываются уплотнительные прокладки (чаще всего на основе EPDM-каучука или гидрофильной резины). Эти прокладки набухают при контакте с водой или создают механический барьер, обеспечивая герметичность самого кольца.
Тампонажный раствор: Заполняя закольное пространство, он также является элементом первичной гидроизоляции, перераспределяя гидростатические нагрузки.
- вторичная гидроизоляция (Дополнительный, страховочный барьер).
Создается по внутренней поверхности тюбинговой обделки. Применяется, когда риски протечек высоки или требования к сухости объекта повышенные (например, в подземных станциях, паркингах).
Полимерно-мембранные системы (ПВХ, ТПО, EPDM)
- ¾ на тюбинги монтируется прочная пластиковая мембрана, которая сваривается в единый герметичный ковер.
- ¾ между мембраной и тюбингом создается дренажная прослойка, которая отводит возможную воду к водоотводным каналам.
- Инъекционная гидроизоляция:
- ¾ используется для ликвидации протечек в уже построенных тоннелях или в сложных узлах;
- ¾ в трещины или полости в обделке под давлением нагнетаются специальные смолы (акрилатные, полиуретановые), которые расширяются и создают непроницаемые пробки.
- Обделка «белого» котла (White Bathtub):
- ¾ внутренняя бетонная «чаша», отлитая внутри гидроизолированной тюбинговой обделки. Сам бетон такой конструкции обладает высокой водонепроницаемостью (марка W12 и выше).
ИТОГ
По мнению специалистов Инжиниринговой Компании «2К» современное тоннелестроение — это слаженная работа трех компонентов:
1. Щит — «умная машина», которая обеспечивает безопасную и быструю выемку грунта.
2. Проходка — отлаженный технологический цикл, связывающий работу щита с монтажом постоянной конструкции.
3. Гидроизоляция — многоуровневая система, обеспечивающая долговечность сооружения и защиту от агрессивной подземной среды.
Именно сочетание этих технологий позволяет строить сложнейшие подземные объекты в самых неблагоприятных условиях мегаполисов.
127055, г. Москва, улица Бутырский вал, д.68/70, стр.2
- Офисный телефон: +7 (495) 626-30-40;
10 линий, единый телефон офиса, старший секретарь Анна - Мобильные телефоны: +7 (910) 002-82-30; +7 (985) 154-79-60;
+7 (985) 457-03-79
Коллеги, подпишетесь на канал Инжиниринговой Компании «2К». ВЫ всегда будете получать практические советы по промышленному и гражданскому строительству. Мы разбираем и простые и сложные вопросы строительства, однако за частую именно простые вопросы требуют полного разъяснения!
Читайте также наши материалы:
#тоннели #тоннелестроение #подземныесооружения #ТПЩ #щитоваяпроходка #метрострой #гидроизоляция #тюбинги #инжиниринг #строительствотоннелей #SLS #ЭПБЩ #TBM #скальныепороды #подземныеработы #инженерныетехнологии #строительство #проходка #метротоннель #инжиниринговаякомпания2К