Изграждане на метротунели с тунелни щитове (История Метростроение)
Изграждането на първия етап от московското метро се характеризира с широкото използване на класическия минен метод на тунелиране с развитието на участъка на тунела на части. Този метод се характеризира с висока степен на използване на ръчния труд във всички производствени процеси, плътност на работното пространство, което прави невъзможно механизирането на работата.
Монтажът на монолитна бетонна облицовка, изградена на части, е изключително трудоемък, изисква голямо количество дървен кофраж и закрепващо скеле за сложно временно закрепване. Бетонната конструкция на облицовката на тунелите обуславя сложен комплекс от хидроизолационни работи - полагане на лепена хидроизолация и изграждане на носеща стоманобетонна риза. Технологичната необходимост от последователно изпълнение на операциите по изграждането на тунела затрудни съчетаването на трудоемките процеси във времето, ограничавайки скоростта на проникване и възможността за механизация.
Трудовите разходи за основните процеси по изграждането на дестилационния тунел от първия етап на строителството са 646 човекочаса на 1 метър, а намалената скорост на пробиване е 0,2 метър. м на ден. През периода на най-голямото разгръщане на работа общият брой на заетия персонал е около 75 хиляди души.
Първият етап на московското метро се превърна в своеобразна лаборатория. Почти всички методи за тунелиране, известни по това време, бяха тествани на експерименталните площадки, включително методът на щита за тунелиране. По този начин е построен участък от дестилационния тунел от Театралния площад (сега площад Свердлов) до станция Дзержинская. Имаше два действащи щита. Единият е доставен от Англия, другият е произведен от местната промишленост.
Тунелно строителство стунелният щит показа пълната техническа и икономическа осъществимост на този метод на работа. Разработването на лице в пълен разрез, изключването на тежкия ръчен труд върху устройството за временно дървено закрепване, използването на бетонни блокове за облицовка, а по-късно и чугунени тръби вместо монолитен бетон, т.е. по същество замяната на конструкцията на облицовката с нейната инсталация, което рязко намали трудоемкостта на работата и направи възможно пълното им механизиране с помощта на специални стекери на блокове и тръби, значително намаляване на трудоемкостта на хидроизолационните работи - това са най-важните предимства на метода на проникване на щита.
Резултатите от експерименталната работа с използването на щитови тунели при изграждането на първия етап от московското метро позволиха да се вземе решение - като се започне от втория етап на строителството, тунелирането трябва да се извърши в ходовите и гаровите тунели на метрото, главно по метода на щита. За практическото изпълнение на това решение бяха необходими 42 тунелни щита, а строителите разполагаха само с два. 40 щита (28 дестилационни с диаметър 6 м и 12 станции с диаметър 9,5 м) - такава огромна поръчка трябваше да бъде изпълнена за по-малко от две години.
Домашната индустрия, създадена през годините на първите петгодишни планове, успя успешно да се справи с тази задача. Партията и правителството обърнаха голямо внимание на "Метрострой". Серго Орджоникидзе, народен комисар на тежката промишленост, лично наблюдаваше изпълнението на заповедта. Станционните щитове са направени в Ленинград и Новокраматорск, дестилационни щитове - в Горловка и Коломна. Производството на тръби за станции беше поверено на Уралския завод за тежко машиностроене, дестилационни тръби - на Днепропетровския машиностроителен завод.
Докато фабриките произвеждаха щитове, строителите на метрото изпълнявахаподготвителни работи, изготвени от квалифицирани екипи монтажници. Инженери, техници и тунелни работници се запознаха с конструкцията на тунелните щитове и технологията на тунелните щитове. Създадени са два екипа от по 20 души, като се има предвид денонощната работа на четири смени. За ръководител на монтажните работи е назначен Е. П. Солдатов, опитен майстор-монтажник. Неговата висока квалификация, отлични организаторски умения допринесоха за успешната работа на монтажните екипи. Скоростта на инсталиране на щитове беше увеличена от месец на две седмици.
Радикалните промени, които щитовият метод на тунелиране въведе в технологията на тунелното строителство, позволиха драстично да се увеличи производителността на строителите на тунели. Трудовите разходи за основните процеси за изграждане на 1 поточен метър от дестилационния тунел намаляват от 646 човекочаса на първия етап на 249 човекочаса на втория етап, т.е. повече от 2,5 пъти. Тъй като методът на щита беше усвоен на втория етап от строителството, скоростта на прокарване на тунели се увеличи от 2 линейни метра на месец в началото на работата до 45-50 линейни метра. м в края на работата. След радикална промяна на основните процеси на тунелиране, методът на щита изискваше механизация на други процеси.
С новото съотношение на трудоемкостта на основните процеси се увеличи делът на такива операции като разработване на лицето, натоварване на скалата, нейното транспортиране, които останаха ръчни. Тези операции се превърнаха в тясно място в цялостната технологична верига, ограничавайки развитието и темповете на строителство. Основната задача за по-нататъшно подобряване на производството на работа по изграждането на третия и особено на четвъртия етап на московското метро беше механизацията на разработването на скалата, нейното товарене и транспортиране.
Масово въвеждане на машини за товарене на скали, теглене на електрически локомотиви, механични тръбни болтове, механизацияна повърхностния минен комплекс: самосвали за колички, ежектори на натоварени колички от клетката на мината и друго оборудване - осигуриха допълнително намаляване на трудоемкостта на строителството на тунели и увеличаване на производителността на труда на четвъртия етап на строителството с 4 пъти в сравнение с първия етап. По време на строителството на дестилационен тунел между гарите Арбатская и Смоленская в началото на 50-те години. в тежки хидрогеоложки условия, под сгъстен въздух с помощта на тунелен щит, са изградени повече от 6 линейни метра от тунела на ден, т.е. изпълни 167% от нормата.
През 60-те години. при прокарване на дестилационен тунел по Ждановския радиус на московското метро, а по-късно и по Замоскворецкия радиус в пясъците с естествена влажност, строителите на московското метро, разработвайки лицето с тунелен щит, повериха на пясъка временно закрепване на лицето, превръщайки го от враг в помощник, според образната забележка на ръководителя на SMU. Ъгълът на откос на пясъка осигури временна стабилност на лицевата страна, а хидравличната глава на криковете на щита помогна да се развие лицето. Когато се появиха малки глинени слоеве, които затрудняваха проникването, дизайнерите, заедно със строителите, създадоха специални рипери с остриета, които бяха монтирани на местата на щита и бяха пуснати в действие, допринасяйки за развитието на скалата.
Така е създаден механизираният щит ЩМ-17, използван при изграждането на Краснопресненския радиус на московското метро за прокарване на участък от дестилационен тунел с дължина 1800 м в естествени пясъци със средна скорост 117 ходови метра на месец. Друг такъв щит се използва при изграждането на метрото в Горки.
По линиите на втория и третия етап от строителството на московското метро, панелният тунелен метод с помощта на сглобяемчугунената облицовка остава единствената за всички лица, независимо от хидрогеоложките условия. По-късно, по линиите на четвъртия етап, щитовото забиване се използва само в стени с трудни хидрогеоложки условия и със слабо стабилни скали. В същото време продължи по-нататъшната механизация и рационализация на отделните тунелни процеси. Създаването и внедряването на механични болтове позволи напълно да се елиминира тежкият ръчен труд за монтаж на облицовка във всички страни на дестилационни, гарови и ескалаторни тунели и да се увеличи производителността на труда в този процес почти 3 пъти в сравнение с третия етап на строителството. Тежкият и непродуктивен труд за ръчно почистване на тунелната корита преди бетонирането й беше елиминиран благодарение на въвеждането на плоска тава. Всичко това направи възможно надвишаването на скоростта на пробиване на дестилационни и гарови тунели, установени от проекта на четвъртия етап.
Както показва строителната практика, най-ефективното подобряване на методите за добив на скали в лицето и комплексната механизация на процесите на тунелно строителство може да се постигне само чрез създаването и внедряването на специални механизирани щитове - тунелни комбайни, които позволяват напълно да се премахне ръчният труд в трудоемките процеси на тунелиране и значително да се увеличи скоростта на тунелното строителство.
В продължение на много години дизайнерите и строителите на метрото вършат много работа за разработване на проекти, създаване и прилагане на практика на изграждането на механизирани тунелни щитове. Специалистите на Главтонелметрострой са създали механизирани щитове за различни условия на работа в скали с различна якост. Първата версия на този дизайн беше щит, използван в Ленинград. Резултатите от теста бяха толкова успешни, че бешее направена партида от шест щита, които се използват при прокарване на тунели от 1949 г. С помощта на тези щитове са изградени около 70 км тръбопроводни тунели. Ленинградският механизиран щит има планетарно задвижване с мощност 80 kW, режещ работен орган от четири режещи диска, всеки от които е оборудван с 12 сърцевини, подсилени с твърда сплав; захранването към дъното е хидравлично.
Създаването на механизирани щитове за разнообразните и сложни хидрогеоложки условия на тунелното строителство в Москва е по-трудна задача. Първият механизиран щит за изграждането на московското метро е създаден през 1953 г. Той е предназначен за механично разрушаване на скали с якост до 175-200 kgf / cm 2 и е направен според типа на ленинградския механизиран щит, с планетарен режещ орган - два работни диска с 24 фрези всеки. Щитът е преминал фабрични и производствени тестове. С негова помощ са построени 623 м дестилационен тунел на радиуса на Рига.
По-успешен по отношение на дизайна и производителността е създаден през 1961 г. механизиран щит SchM-8 с диаметър 3,6 m с хидравлично задвижване и работен орган под формата на конична лицева плоча, оборудвана с ламеларни ножове и прътови ножове за задвижване на хидравлични и колекторни тунели в скали с якост от 20 до 250 kgf / cm 2 (меки вискозни глини, въглеродни глини, измервателни гелове, глини, льосове, слаби варовици).
Въз основа на опита от използването на механизирани щитове M-105, 105T, ShchM-4, ShchN-1 за широк спектър от стабилни скали с якост от 20 до 400 kgf / cm 2, е създаден механизиран щит ShchMR-1. При разработването на дизайна основните параметри на щита бяха значително подобрени. Задвижването е направено на постоянен ток, което ви позволява да регулирате работата в широк диапазон.щит, изменящ скоростта на работния орган в зависимост от здравината на скалите. Мощността на задвижването е значително увеличена, тя е 320 kW (2X160). Двумоторното задвижване ви позволява да регулирате мощността чрез изключване на един от двигателите при движение в слаби меки скали. Благодарение на закалените фрези, рязането на твърди скали е подобрено.
При тестването на щита в Киев на мястото бяха изградени повече от 3000 m дестилационен тунел в спондилови глини, включително 2190 m с облицовка, компресирана в скала. При това е постигната скорост от 262 м на месец, 14 м на ден и 6,03 м на смяна. Вторият щит ЩМР-1 е използван в Москва за прокарване на участък от дестилационен тунел в скали със средна якост (въглеродни глини и варовици. Покрити са 1370 м, максималната скорост е 147 линейни метра на месец.
Ленинградските механизирани щитове, които са работили повече от 25 години, в момента се заменят с нови механизирани щитове KT-1-5.6, проектирани и произведени в Ясиновацкия машиностроителен завод. Щитите KT-1-5.6 са оборудвани с работно тяло от шлицов тип. Състои се от четири лъчеви пръта с ножове за пръти, които развиват пръстеновидни концентрични процепи и устройство, което разбива останалите пръстеновидни скални издатини. Задвижващата мощност на щитовете е 200 kW, т.е. 2,5 пъти повече от щитовете на предишния модел, а максималната сила на подаване е 50 tf, т.е. 6 пъти повече от предишния. Средната скорост на проникване при използване на тези щитове е 330 - 350 текущи метра. м на месец. Рекордна скорост на проникване от 1250 линейни метра. m на месец надхвърля световния рекорд за тунели с този диаметър.
С въвеждането на механизирани щитове ЩМ-17, КТ-1-5.6 и ЩМР-1 може да се извърши сложна механизация за прокарване на тунели на подземно преминаване в скали, вариращи от пясъци с естествена влага дослаби варовици и пясъчници.
За комплексната механизация на тунелните операции по време на изграждането на подземни тунели е създаден специален щит по открит метод. Представлява комплекс от тунелни съоръжения, включващ правоъгълен щит - метално подвижно закрепване на изкопа за двурелсов тунел. В предната изолирана част на комплекса скалата се изкопава с багер и се товари в превозни средства; отзад се монтира еднокомпонентна облицовка с помощта на 20-тонен портален кран KKTS-20. Комплексът позволява - да се осигури пълен цикъл на тунелиране със значително намаляване на операциите по оголване.
Двойните изпитания на комплекса в нормални и трудни строителни условия показаха високата му производителност. Постигнатата скорост на проникване беше 6 бегови метра. м двурелсов тунел на ден. В края на 1979 г. в Киев е започнато тунелиране с използване на открит щит.
Работата по усъвършенстване на конструкциите на механизираните щитове и създаването на нови щитове продължава. В ход е разработването на щит със сменяеми работни органи, работен орган на багер, както и работа в редица други области.
Огромен дял от участието в търсенето на най-модерните проекти на механизирани щитове, което продължава повече от четвърт век, принадлежи на Московския механичен завод (бивш завод № 5 на Metrostroy), който произвежда осем модела такива щитове в количество от 24 копия, с цялото оборудване на тунелния комплекс. С помощта на щитови комплекси, включително ленинградските механизирани щитове, в много градове на нашата страна са построени повече от 120 км тунели на метрото.