Технология ведения щитовой проходки


Содержание.

  1. Общая характеристика местности строительства новой ветки московского метрополитена краснопресненской линии метро ст. Лермонтовский проспект до ст. Выхино
  2. Климатические условия района расположения тоннеля
  3. Технология ведения щитовой проходки
  4. Подготовительные работы
    1. Разработка грунта
    2. Погрузка и транспортировка грунта
  5. Возведение обделки.
    1. Вариантное проект
    2. Материалы строительных конструкций
  6. Статический расчет
    1. Проверка прочности железобетонных элементов
    2. Расчет сопротивлений, преодолеваемых щитом
  7. Расчет производительности рабочего органа щита
  8. Определение вертикального давления грунта
  9. Возведение обделки
  10. Нагнетание за обделку
  11. .Составление циклограммы работ на проходку тоннеля и монтаж обделки
  12. Определение объемов основных работ,
    1. Ведомости маши механизмов.
  13. Вентиляция, водоотлив и освещение на период строительства
  14. Организация складского хозяйства
  15. Снабжение строительства сжатым воздухом

 

 

 

  1. Энергоснабжение строительства
  2. Санитарно-технические устройства в     эксплуатируемом тоннеле
    1. Противопожарные мероприятия
  3. Сметный расчет
  4. Патентный поиск.

 

 

Заключение


Список использованных источников.

Приложения 1. Чертежи:

    1. Технологическая  схема ТПК Herrenknecht 6150.
    2. Схема  размещения  коммуникаций в тоннеле.
    3. Продольный  разрез по оси тоннеля.
    4. Общий вид кольца обделки.
    5. Конструкция блока А.
    6. Календарный план строительства тоннеля.
    7. Схема водоотлива при ведении проходческих работ.
    8. Сборочный чертеж конвейерной системы.

 

 

 

 

 

 

 

 


ВВЕДЕНИЕ

Щитовая проходка на сегодняшний  день считается одной из современных  и скоростных способов строительства  тоннелей, но не везде и всегда можно  прибегнуть к помощи этих сложноконструктивных  гигантов.  Но везде есть свои минусы и плюсы. Скажем так, что не для кого не секрет, что самое дорогое в таком способе возведения тоннеля это подготовка площадки под монтаж ТПМК сам монтаж и в обратной прогрессии подготовка к выходу, демонтаж  и передислокация на новый объект.  Нет смысла планировать строительство на малые перегоны проходку щитом, ведь для старта ТПМК необходимо иметь большую площадь, большие мощности от 6 до 10 кВт.  Немалое водообеспечение, строительство перегруза , откатка  породы подвижным составом , мультикарами или дизельными локомотивами. Но если ТПМК начал проходку то процесс необратим как сложная формула распада в атомной инженерии.

Это очень на первый вид  сложный процесс, проходка с активным грунтопригрузом , постоянный мониторинг  датчиков давления в камере пригруза, все эти разницы домкратов  продвижения, крутящий момент и угол проворота машины. Я уже и не говорю  про сложные схемы цепей управления в силовой гидравлике.  Системы смазки и самое искусство: регулировка формулами смешивания в системах пеногенерации.

Огромные плюсы и в  возведении высокоточной водонепроницаемой  обделки, мы уже и не вспоминаем что  такое отскок песчаноцементной смеси при набрызг бетоне и установка арок опалубки постоянной крепи тоннеля. Все это за нас делает тоннелепроходческий комплекс.

Так же не нужен большой  штат рабочего персонала, на щитовой  проходке задействовано 10 высококвалифицированных  рабочих, что нельзя сказать при  строительстве тоннеля горным способом.


Но не все так просто, ТПМК приходится корректировать под  каждый проект. Ведь конструктив щита есть такой каким его изготовили на заводе, а вид породы, геология и прочие факторы на каждом проекте разные.  Перед каждым проектом в работу вступает мощная инженерная подготовка, ведь подводные камни лучше предвидеть в заранее и подготовиться к ним, а не наткнуться неожиданно  для себя. Ведь ТПМК смотрит только вперед и обратного пути нет, хотя были и случаи когда приходилось и делать шаги назад что бы без ущерба координатам трассы тоннеля дойти до сбойки в том месте где лежит его проектная координата оси тоннеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

    1.  Общая характеристика местности строительства новой ветки московского метрополитена краснопресненской линии метро ст. Лермонтовский проспект до ст. Выхино.

 

Район работ расположен в  городе Москва в условиях плотной застройки зданий жилых домов заправочных станций, крупных артерий дорог и прочих застроек города.

Для начала строительства  необходимо вырыть стартовый котлован по классическому методу с применением  буронабивных свай по периметру стартового котлована, укреплённых поясом из железобетона и усилением защитным поясом из расстрелов равномерно распределяющих нагрузки горного  давления оказывающего на стенки стартового котлована.

В зоне старта ТПМК  в лобной части стартового котлована монтируются  сваи без армированного каркаса, но с применением технологии джет сваи.

Высота над уровнем  моря

Радиус кривой минимальный

Макс уклон подъема  и спуска

Длинна тоннеля

Длинна стартовой шахты 

Максимальное породное перекрытие

156м

250м

5%

1750

40*12*20м

30м




 

 

 

 

 

 

 


Хор. трассы тоннеля  относительно его оси. Таблица 1

 

 

2.1 Климатические  условия района расположения  тоннеля

 

Климат района расположения  тоннеля континентальный, характеризуется благоприятными условиями строительства.

Температура воздуха колеблется в пределах от -32 +34С. Значительные также суточные колебания температуры. Основным документом регламентирующим климатические параметры для строительного проектирования, является СНиП 2.01.01-82 “Строительная климатология и геофизика” [20]

Средняя температура наружного  воздуха по месяцам. Таблица 2.1

месяц

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

t, C

-25,9

-15,1

8,2

11,7

18,4

19,1

28,9

25,8

20,1

0

-10,7

-20,7


 

Среднегодовая температура: T=18,10

Абсолютно минимальная температура: T=-290

Абсолютно максимальная температура: T= 370

Характеристики относительной  влажности. Рисунок 2.2  


Характеристики осадков. Рисунок 2.3


Суммарная солнечная радиация(прямая и рассеянная). Рисунок 2.4

 

Направление и интенсивность  ветров влияют, как на условия строительства, так и на эксплуатацию станционных  сооружений, например на выбор места  расположения  воздухозаборных вентиляционных киосков.

Расчетные скорости и направления  ветров  приведены на рисунке 2.5.

Расчетные скорости, м/с и  направление ветра:

а) за декабрь-февраль; б) за июнь-август.

Рисунок 2.5 


3.1Технология ведения щитовой проходки

Общий вид главного щита ТПМК. Рисунок 2.6.

 

 

Технология строительства  тоннелей щитовым способом это много  ступенчатый каскадный процесс  ведения проходки.

ТПМК состоит из множества  узлов взаимосвязанных друг с  другом сложными и простыми элементами прочно объединяющих все это в  один целый механизм.

Основная часть состоит  из переднего щита который включает в себя следующее:

  1. Главный привод состоящий из 8 планетарных гидра двигателей сообщающихся через редуктора с главной шестерней передающий момент вращения на ротор.


Общий вид главного подшипника с планетарным редуктором. Рисунок 2.7

 

  1. Механизм резанья имеет 17 дюймовые сдвоенные шарошки, предназначенные для момента врезки через буронабивные сваи. После этого в слабых породах и грунтах в ступают в действие ковши и риппера установленные по периметру ротора.
  2. В переднем щите установлены домкраты продвига , за счет которых ТПМК отталкивается от уже готовой смонтированной обделки.
  3. К переднему щиту через артикуляционные домкраты смонтирован хвостовой щит. В нём находятся линии нагнетания меж кольцевого зазора, а так же обжимное кольцо обделки.
  4. Следом идет механизм эректора, служащий для того что бы монтировать новую обделку тоннеля.

Сам эректор смонтирован  на неподвижной раме, по которой  он имеет возможность передвижения вперед и назад относительно оси  тоннеля, а так же имеет возможность  вращения в левую и правую сторону 200°  и имеет два цилиндра артикуляции для монтажа высокоточной обделки.

Захват блока производится через лифтинг болт, в свою очередь  который захватывает гидрозамок смонтированный на столе эректора.


Изображение механизма эректора. Рисунок 2.8.

 

  1. Смонтированный сквозь передний щит шнековый транспортер, служит контрольно регулируемой выдачи отработанной породы и удерживания давления в камере грунтопригруза.

Изображение шнекового транспортера. Рисунок 2.9.


  1. Отработанная порода подается им на машинный конвейер, который перегружает ее в откаточные парода приемные вагоны.

После чего идет вереница процессов  монтажа , нагнетания раствора за обделку.

  1. Через технологический мост, по которому передвигается кран перегружатель сегментов обделки и смонтирован узел пеногенирации
  2. следом связываются 5ть технологических телег с разнесенным на них оборудованием. Силовых гидра установок эл. цепей управления, системами подачи раствора-пентонита, узлов смазки, местной вент эстакады, трансформаторной подстанцией, систем охлаждения и главным управляющим узлом ТПМК кабина пилота.

 

4. Подготовительные работы.

 

       Для  монтажа и перемещения комплекса  до пикета врезки устраивается  железобетонное ложе с устройством  пути из специальных рельсов.

Монтаж щитового комплекса  производится с использованием портального  крана грузоподъемностью 200т.

Для старта ТПК монтируется  упор

По мере врезки ТПК в  массив (заходками по 1,5м) при помощи блокоукладчика монтируются кольца постоянной обделки. На участке врезки устанавливаются металлические  стойки из I №30 и сооружается обойма из бетона В25.

Проходка первых 100м выполняется  с минимальным давлением на забой. Далее нагрузка постепенно увеличивается  с доведением ее до расчетной.


Для каждого местоположения ТПК, в результате выполненных специальных  изысканий, заранее определены расчетные  параметры ведения (давление щитовых  домкратов, скорость вращения режущего органа, давление в рабочей зоне). Указанные параметры автоматически поддерживаются с помощью бортового компьютера, и, как правило, соответствуют необходимым.

 4.1. Разработка грунта

 

Силовые передачи в комплексе - гидравлические, для разработки грунта, работы конвейеров и монтажа обделки тоннеля. Перемещение комплекса осуществляется посредством гидравлических цилиндров, установленных по кольцу вокруг внутреннего диаметра неподвижной оболочки, которые действуют между неподвижной оболочкой и обделкой тоннеля.

Управление перемещением комплекса ведется при помощи системы "активной артикуляции", которая соединяет переднюю оболочку и неподвижную оболочку. Отклоняя исполнительный породоразрушающий  орган на угол 1,4 градуса в любом  направлении, она позволяет тоннелепроходческому комплексу преодолевать криволинейные  участки трассы довольно малого радиуса, как в горизонтальной, так и  в вертикальной плоскости.

Работа с грунтопригрузом  обеспечивается регулированием действия системы продвижения тоннелепроходческого комплекса и забойного ленточного конвейера в ручном или автоматическом режиме. Давление породы постоянно  контролируется сетью датчиков, которые  передают данные на пульт оператора  и на электронную систему управления тоннелепроходческим комплексом. Подшипник  главного привода защищен опрессованной  системой уплотнения, регулируемой автоматически  независимо от ручного или автоматического  режима работы с грунтопригрузом.

Все органы управления и  контрольно-измерительные приборы  комплекса сосредоточены на пульте оператора, расположенного внутри неподвижной  оболочки комплекса таким образом, что позволяют без помех наблюдать  за выходом породы из исполнительного  породоразрушающего органа и монтажом обделки тоннеля.


Для обеспечения безопасности на комплексе устанавливаются взрывозащищенные двигатели, кожухи, осветительная арматура и трехфазная распределительная  система. Имеется система обнаружения  метана; при превышении установленной  концентрации она отключает электропитание.

Для предотвращения горизонтального  перекоса предусмотрена электроблокировка  системой датчиков для автоматического  останова комплекса при превышении установленных пределов.

Тоннелепроходческий комплекс, предлагаемый для строительства  тоннеля, представляет собой комплекс с системой грунтопригруза, способной  поддерживать забой, уравновешивая  давление грунта и воды, а также  воздействовать на грунт посредством  нагнетания химических реагентов.

Удаление разработанной  породы осуществляется ленточным конвейером, расположенным в нижней части  камеры породоразрушающего органа. Забойный ленточный транспортер сопряжен с магистральным ленточным транспортером, обеспечивающим перегрузку на подвижной  состав.

Кольцевое пространство за бетонными блоками тут же заполняется  цементным раствором, который постоянно  нагнетается из хвостовой оболочки тоннелепроходческого комплекса.

Комплекс рассчитан на работу в двух режимах - открытом и  закрытом.

Открытый  режим.


Если характер забоя не требует постоянного пригруза, ТПК  действует в "открытом режиме". Пригруз забоя при этом осуществляется породоразрушающим органом механическим путем, а поток разработанной  породы от забоя в камеру регулируется водонепроницаемыми открывающимися перегородками. Разработанная порода накапливается  в приемной камере ротора, но не оставляется  там для создания давления грунта, а удаляется ленточным конвейером. В результате давление в камере равняется  нулю. Непрерывно работающий ленточный конвейер эффективно удаляет большие объемы разработанного грунта за короткое время.

Закрытый  режим.

Режим разработки породы с  грунтопригрузом обеспечивает постоянный пригруз забоя тоннеля путем  уравновешивания давления грунта усилием  поступательного движения ТПК. Разрабатываемая  породоразрушающим органом порода смешивается и накапливается  под давлением в породопогрузочной  камере, а затем удаляется ленточным  конвейером. Давление контролируется задаваемым усилием поступательного  движения проходческого комплекса  и скоростью удаления разработанной  породы ленточным конвейером.

Предусмотрено управление системой грунтопригруза в ручном и автоматическом режиме. В ручном режиме оператор контролирует и лично регулирует скорость продвижения  комплекса и работы конвейера, непосредственно  считывая показания с датчиков давления грунта. В автоматическом режиме, вместо этого, команды для регулирования  вращения ленточного конвейера и  продвижения комплекса передаются в компьютерную систему сбора  и обработки данных работы ТПК, находящееся  в ТПК. В программу системы  вводятся значения верхнего и нижнего  пределов давления грунтопригруза и  усилия поступательного движения тоннелепроходческого комплекса. Постоянная обратная связь  от датчиков давления грунта и тягового усилия комплекса передаются в компьютерную систему сбора и обработки, данных работы ТПК для обработки, а в  результате выдаются соответствующие  управляющие команды либо двигателю  забойного конвейера, либо системе  управления движением комплекса, либо обоим одновременно.

Цикл разработки грунта равен  циклу продвижения щита.

4.2. Погрузка и транспортировка грунта


Откатка породы из тоннеля  осуществляется в вагонах ВСК-10 при  помощи дизелевоза СНL-500G ф. Шома до места перегруза. В районе восточного портала проектом предусмотрен перегруз. Далее порода вывозится при помощи автосамосвалов МАЗ-5516 в отвалы и частично используется для обустройства временных автодорог и насыпи под второй путь.

В качестве подземного горизонтального  транспорта используется рельсовый  транспорт с колеей 900 мм. Путь из рельсов Р-33, смонтированных на деревянных шпалах с шагом 0.7 метра, которые устанавливаются в лоток тоннеля на железобетонные блоки. На всем протяжении путь устраивается в двухколейном исполнении, лишь в непосредственной близости от ТПК устраивается стрелочный перевод на однопутную колею. По мере проходки стрелочный перевод в зоне ТПК постоянно перемещается.

Порода из забоя доставляется на портал к месту перегруза, где  при помощи экскаватора отгружается  в автосамосвалы МАЗ-5516 с дальнейшей транспортировкой в отвал.

 

Необходимое количество самосвалов определяется по формуле:

,      

где  Тобор -  время оборота автосамосвала, мин;

 

 

,   

Тпогр -  время погрузки, мин;


,          

- эксплуатационная производительность, м3/мин;

V2 – емкость кузова самосвала, м3;

h2 – коэффициент наполнения кузова;

,     

j = 0,8 – коэффициент использования машины во времени;

kр = 1,5 - коэффициент разрыхления грунта;

pm – техническая производительность машины, м3/мин;

t2 = 2 мин – время затрачиваемое на замену груженного самосвала порожним;

м3/мин.

 мин.

Тдв - время движения, мин;

,     

l - расстояние от места  погрузки до места разгрузки,  м;

Vгр - скорость движения гружёного транспортного средства, Vгр=250 м/мин;

Vпор - скорость движения порожняка, Vпор=250 м/мин.

мин.

Тразг = 3 мин –время разгрузки самосвала;

Тман = 8 мин – время на маневры в течении рейса.

Тогда  Тобор = 4+32+3+8=47 мин.

Подсчитываем необходимое  количество самосвалов:

Принимаем 12 самосвалов МАЗ-5516.

Определение производительности комплекса

 

Определим эксплутационную  производительность Qэ всего проходческого щитового комплекса. Ее рассчитывают как месячную скорость проходки с учетом всех технологических операций и организационно-технических простоев, не зависящих от конструкции щита:

,     

где  24 – количество суток работы в месяц;

4 – число смен в  сутки;

Qтех – техническая производительность;

kэ – коэффициент использования проходческого комплекса, учитывающий все виды простоев, в том числе затраты времени на техническое обслуживание и текущий ремонт проходческого оборудования, равный 0,6.

,     

где  kтех – коэффициент использования щита, равный 0,65;

Т – продолжительность  смены, ч;

Qт – теоретическая производительность щита, равная скорости проходки и возведения обделки.


 м/смен.

 м/мес.

5. Возведение обделки


 

 Кольцо ж.б. обделки состоит из 6-и нормальных элементов и 1-го замкового.

Доставляются ж/б блоки  для монтажа на специальных блоковозках. Блоковозки с обделкой подаются под  перегружатель, оснащенный вакуумным  захватом, установленный в средней  части технологического моста ТПК. С помощью перегружателя блоки, по одному, поднимаются на верхнюю  часть технологического моста, где  укладываются в определенной последовательности на рольганг, по которому перемещаются к блокоукладчику. Монтаж обделки  производится после передвижки ТПК  на длину 1500 мм. Перед началом монтажа определяется фактическое положение щита ТПК и последнего установленного кольца, которое сравнивается с расчетными данными. По результату сравнения определяется погрешность ведения ТПК и схема установки очередного кольца.

Монтаж ведется в строго определенной последовательности следующим  образом: - в зоне установки первого  блока задвигаются щитовые домкраты (при этом остальные домкраты остаются в выдвинутом положении). Первый блок с установленными в нем монтажными деталям, по рольгангу подается в  зону рычага, с помощью которого блок устанавливается над захватом блокоукладчика. Блокоукладчик автоматически  захватывает блок, после чего по периметру кольца перемещает его  к месту установки. Рычагом блокоукладчика блок устанавливается в расчетном  месте напротив монтажных отверстий  предыдущего кольца с зазором 150-200мм., после чего щитовыми домкратам надвигается  до фиксации блока и ликвидации зазоров  между резиновым уплотнением. Аналогичным  образом монтируются последующие, смежные с ним блоки. Последним  монтируется замковый блок.

 

 

 

5.2. Вариантное проектирование конструкций

 

Варианты конструкций  обделок тоннеля составлены на основе анализа инженерно-геологических  условий и предполагаемой технологии строительства тоннеля.

Вариант 1.

В данном варианте обделка  принята из чугунных тюбингов.

Высота сечения для  чугунных обделок определим по формуле:

(см) 

где Rв=4.3 м – внутренний радиус обделки,

h=7,6×4,3= 34,68 см, принимаем 35 см

Марка чугуна СЧ-20. Внутренний диаметр обделки равен 8,6 м. Лотковый блок выполнен из монолитного железобетона класса В25, марка по морозостойкости F300, марка по водонепроницаемости W6. В лотковом блоке имеется водоотводный лоток, используемый в период строительства.

Разбивка кольца на элементы производиться начиная с замкового  тюбинга.

Центральный угол замкового  элемента составляет:


     з      , 

где lз = 0,495 м, длина дуги замкового элемента.

                                                               з              5,161°

Центральный угол лоткового  элемента:

л           sin(Bл/2RB)  

где Bл-ширина лотка принимаемая равной 3,2 м

      л         arcsin(3,2/2·4,3)=         

 

Центральные углы нормальных элементов определяются по формуле:


 н     , 

 

Где S=10 шт. - количество нормальных элементов в кольце

   н            31,2°

Получаются тюбинги чугунные трех типов (нормальный, смежный и  замковый) и железобетонный лотковый блок. Ширина кольца = 0,75 м. Смотри рисунок 3.1

Обделка из чугунных тюбингов. Рисунок 3.1

Вариант 2.

Принимается обделка из блоков сплошного сечения с болтовыми  связями.

Параметры для железобетонных блоков приняты для данных инженерно-геологических  условий под щитовой комплекс «Ловат»

- высота сечения h=40 см

- ширина кольца = 1,5 м.

- класс бетона В 45, марка  по морозостойкости F300, марка  по водонепроницаемости W8.


- центральный угол замкового  элемента составляет:     з     12°


- количество нормальных  элементов в кольце n=5 шт, угол нормального элемента                 н       60°

- количество смежных элементов  в кольце n=1 шт, угол смежного элемента   н   48°

Стыки выбраны плоские. Смотри рисунок 3.2.

                                      

Обделка из железобетонных блоков. Рисунок 3.2

Вариант 3.

Принимается обделка из блоков сплошного сечения без связей между кольцами с цилиндрическими  выпукло вогнутыми продольными  стыками и монтажными шпильками.

    • класс бетона В 45, марка по морозостойкости F300, марка по водонепроницаемости W8.
    • центральный угол замкового элемента составляет:    з    6°


    • количество нормальных элементов в кольце n=10 шт, угол нормального элемента    н    31°
    • лотковый элемент в кольце n=1 шт, угол  элемента     н    46°

 

Стыки выбраны плоские. Смотри рисунок 3.3.

Обделка из железобетонных блоков.  Рисунок 3.3

 

 

5.3. Материалы строительных конструкций

Технические показатели бетона. Таблица 3.1

Показатели

Обозначения и числовые значения

1

Класс по прочности на сжатие

В45

2

Начальная модуль упругость  при сжатии и растяжении Е·10-3, Мпа

32,5

3

Расчетное сопротивление  осевому сжатию RS, Мпа

15,5

4

Удельный вес бетона , кН/м3

24

5

Марка по морозостойкости

F400

6

Марка по водонепроницаемости

W10


 

 

В данном дипломном проекте  на всем протяжении трассы тоннеля  сооружается сборная высокоточная водонепроницаемая железобетонная обделка кругового очертания, характеристики бетона приведены в таблице 3.1.