Реконструкция тоннелей с применением щитов и механизированных комплексов

05.01.2017

Альтернативой горному способу переустройства тоннельных обделок является щитовой способ или новейшие технологии с применением специальных механизированных комплексов. Впервые в практике работ по реконструкции тоннелей в середине прошлого столетия был применен комплекс оборудования с полущитом для ликвидации верхней негабаритности однопутного тоннеля путем переустройства верхнего свода (рис. 9.23). Он позволил заменить дефектную обделку в своде на сборную из железобетонных тюбингов со средними темпами 3 м в сутки без организации «окон» в движении поездов.



Полущит представляет собой передвижную металлическую крепь, пол защитой которой выполняют строительные работы и движутся поезда. Полущит монтируют вблизи портала и с помощью крана устанавливают на стенах предварительно разобранного свода портального звена обделки тоннеля. Для передвижки полущита в торцевой части опорного кольца размещены 14 гидравлических цилиндра. Связи и горизонтальные распорки, обеспечивающие прочность и жесткость всей конструкции. расположены за пределами габарита подвижного состава. Впереди полущита, под ним. а также позади него устанавливают передвижные кружальные секции, которые перемешаются по рельсам одновременно с передвижкой полущита.

Разработку фунта до проектного профиля, как и разборку свода существующей обделки, производят вручную отбойными молотками или буровзрывным способом. Для крепления кровли в слабых грунтах применяют специальные выдвижные металлические трубы, помещающиеся в опорном кольце со стороны забоя. По кружальным секциям укладывают металлические листы, предохраняющие действующий путь и проходящие поезда от кусков разработанного грунта или камней разбираемой кладки. На кружальной секции под оболочкой полущит находится приспособление для монтажа тюбингов. За хвостовой частью полущита устанавливают насос для нагнетания цементно-песчаного раствора за обделку.

Работы по перекладке свода выполняют в три стадии. Сначала на длину заходки, равную ширине тюбинга, разбирают свод старой обделки и добирают профиль до проектного очертания. Грунт и куски разобранной обделки убирают из забоя в вагонетки с помощью транспортеров, установленных с обеих сторон от передвижных кружальных секций. Непосредственно за передвижными кружальными секциями устроены технологические подмости, по которым уложен узкоколейный путь для движении вагонеток и доставки тюбингов. Затем передвигают полущит и кружальные секции. Ведут первичное нагнетание за обделку сборного свода, сошедшего с оболочки полущита.

Завершают цикл монтаж тюбингов и наращивание технологических подмостей. Приспособление для монтажа тюбингов, расположенное под оболочкой полущита, состоит из направляющих луг, двух гидравлических цилиндров и двух лебедок. Гидравлическими цилиндрами тюбинги поднимают на направляющие дуги и при помощи лебедок устанавливают на место.

При переводе Дальневосточной железной дороги на электрическую тягу в 1976—1981 гг. с помощью шита без перерыва движения поездов была устранена негабаритность двухпутного тоннеля старой постройки. Реконструкция включала полное переустройство обделки под габарит С с пропуском грузов всех степеней негабаритности.



Шит подковообразного очертания оборудован выдвижными площадками для разработки бетона старой обделки и грунта отбойными молотками или дли бурения и заряжания шпуров, выдвижными козырьками-шандорами для крепления кровли и гидравлическими цилиндрами для передвижки на очередную заходку (рис. 9.24). В состав щитового комплекса входят три передвижных кружальных секции: грузовая с погрузочной машиной и транспортером, монтажная с рольгангом для укладки блоков свода обделки и механизмом для укладки стеновых блоков и вспомогательная, оборудованная площадками для первичного и контрольного нагнетания раствора за обделку, чеканке швов.

Применение щитового комплекса при реконструкции тоннеля с полным переустройством обделки позволяет обеспечить производство работ в широком диапазоне инженерно-геологических условий, за счет механизации части работ проходческого цикла повысить темпы проходки до 2 м в сутки и обеспечить безопасность груда в стесненных условиях эксплуатируемого тоннеля.

Представляют несомненный интерес отечественные разработки последних лет, внедренные при реконструкции тоннелей на Сахалинской железной дороге. Все тоннели на островной магистрали (24 тоннеля обшей протяженностью 7774 м, из которых 16 тоннелей не эксплуатируются) были построены в период 20—30-х гг. прошлого столетия по существующим в Японии стандартам с шириной колеи 1067 мм. При лом внутренние размеры поперечного сечения старых тоннелей составляли 3,4 м по ширине и 4,59 м по высоте. Напомним, что аналогичные параметры тоннеля для габарита С в зависимости от подъемистости свода составляют соответственно 5,7...6 м и 6,9...7,2 м (от уровня головки рельса).

В 80-х гг. прошлого столетия на линии, расположенной вдоль западного побережья о. Сахалин, проводились работы по расширению отдельных участков пути до колеи 1520мм. За последние годы здесь было реконструировано пять действующих тоннеля под габарит С и сооружены железнодорожные пути в обход еще четырех тоннелей. Продолжаются работы по реконструкции шестого тоннеля под габарит С. Все работы велись с применением нового щитового комплекса.



Щитовой комплекс состоит из нескольких автономных агрегатов, позволяющих механизировать реконструкцию однопутного тоннеля, проложенного в сложных инженерно-геологических условиях. Принцип действия агрегатов комплекса основан на последовательном выполнении ими всех технологических операций по переустройству тоннеля под новый габарит. Главный агрегат комплекса — шандорный шит — представляет собой передвижную крепь, под защитой которой ведут разработку фунта до нового сечения, разборку (разработку) старой обделки реконсфуируемых тоннелей (рис. 9.25). Перегородки и площадки шита расположены за пределами принятого на железных дорогах Сахалина габарита приближения строений Cю с необходимыми технологическими зазорами.

В щитах этого типа реализуется принцип крепления кроили выдвижными козырьками-шандорами, что повышает безопасность при разработке забоя в слабых неустойчивых грунтах. Щит оснащен системами электро- и гидрооборудования, обеспечивающими передвижение щита (19 щитовых гидроцилиндров), выдвижение и уборку шандор, площадок, балок вертикально-подъемной рельсовой рамы, элементов крепления лба забоя (7 забойных гидроцилиндров), взрывозащитных решеток.

Основной объем грунта и обделки старого тоннеля разрабатывается но внеоконное время. Разработанный грунт и разобранная обделка транспортируются в передвижной бункер-накопитель. Он представляет собой портальную металлоконструкцию, в верхней части которой находятся емкости для грунта объемом 32 м3, верхним и боковыми транспортерами, скиповым подъемником, автономными электро- и гидросистемами. Послe разработки забоя на одну заходку во время передвижки щита бункер-накопитель отвозится мотовозом зa пределы тоннеля для разгрузки, а под оболочку шита подастся блокоукладчик.

Блокоукладчик представляет собой сборно-сварную металлоконструкцию, оснащенную технологическим оборудованием, обеспечивающим транспортировку блоков от места складирования до места установки и укладку блоков обделки тоннеля в проектное положение в хвостовой части проходческого шита (рис. 9.26). Одновременно перевозятся и устанавливаются все шесть блоков, составляющих кольцо новой обделки шириной 1 м.



Технологическое оборудование блокоуклалчика смонтировано на платформе, которая опирается на тележки для перемещения блокоукладчика по рельсовому пути. Чтобы перемещать блокоукладчик мотовозом, в пределах рабочей площадки на торцевых балках платформы смонтированы жесткие сцепные устройства. Платформа оборудована аутригерами для обеспечения устойчивости при загрузке блоков и их установке в оболочке щита. В передней по направлению движения щита части платформы расположена тельферная эстакада, предназначенная для монтажа лоткового блока. Остальные блоки в проектное положение устанавливают гидравлическими механизмами. Управляют гидpoцилиндрам и всех механизмов укладчика с подмостей, расположенных на верхнем ярусе платформы.

В случае, если работы недуг в «окна», грунт и старая обделка после взрыва обрушаются непосредственно в лоток забоя. Для загрузки, аккумуляции и транспортировки взорванной массы из тоннеля предназначен входящий в состав комплекса перегружатель — установленные на открытую и бортовую платформы ленточный транспортер и экскаватор. В состав щитового комплекса включены также объемлющие технологические подмости в виде металлической портальной рамы, перемещающейся по временному рельсовому пути. Подмости предназначены для нагнетания цементно-песчаного раствора на обделку тоннеля, а также для заполнения стыков лотковой плиты со стеновыми блоками бетонной смесью и расчеканки продольных и кольцевых швов обделки.

Технические возможности щитового комплекса позволили более чем в два раза сократить сроки реконструкции тоннеля но сравнению с горным способом, практически не уменьшая пропускную способность Сахалинской дороги, существенно повысить уровень механизации горнопроходческих работ, снизить их трудоемкость при соблюдении необходимых требований техники безопасности.

Для повышения производительности работ и сокращения времени на реконструкцию тоннелей с расширением профиля 6ез перерыва движения поездов германской фирмой Doutsche Bahn АG создан проходческий механизированный комплекс ТЕМ 8400 (рис. 9.27). Разрушение бетона или каменной кладки старой обделки, механическая разработка грунта или, при необходимости, буровзрывные работы выполняют под защитой самоходного портала, под которым могут проходить поезда. На портале расположены один верхний и два боковых манипулятора. Верхний оборудован сменными исполнительными органами, которые в зависимости от вида работ трансформируются: верхний манипулятор в бурильный молоток или бетополом, боковые — в отбойные молотки или в погрузчик экскаваторного типа. Рабочее оборудование машины ТЕМ варьируется и размещается на портале таким образом, чтобы обеспечить доступ к любым участкам тоннельного профиля. Центральный силовой узел в хвосте машины снабжает энергией нее ее агрегаты.



Для реконструкции тоннелей с симметричным расширением профиля германской фирмой Herrenkneht разработан механизированный комплекс, объединенный в один самоходный агрегат (рис. 9.28). Он выполняет все операции рабочего никла, начиная с разрушения старой обделки и заканчивая возведением ноной, без перерыва движения поездов. Все механизмы и оборудование комплекса смонтированы на самоходном портале 2.



Производственный цикл включает следующие операции:

• подкрепление обделки существующего тоннеля 7 распорным устройством 6;
• разработка бетона существующей обделки и доработка профиля до проектного очертания двумя каретками, оснащенными породоразрушающим органом фрезерного типа 5 с погрузкой грунта породопогрузочными машинами 9 на боковые транспортеры 10;
• передвижка арочной крепи 4 гидравлическими цилиндрами, закрепленными на металлической оболочке;
• монтаж новой сборной обделки из железобетонных блоков повышенной водонепроницаемости 1 вакуумным блокоукладчиком 3.

На рис. 9.29 представлен проект AG фирмы Herrenkneht — механизированный комплекс «Sabine». Он предназначен для обеспечения пожаробезопасности в транспортных тоннелях путем нанесения на внутреннюю поверхность обделки покрытия из огнеупорных материалов. Комплекс может быть использован также для усиления обделки железобетонной рубашкой или возведения набрызгбетонной обделки в эксплуатируемых безобделочных тоннелях.

Весь комплекс состоит из трех автономно работающих агрегатов длиной 10 м каждый. Первый агрегат предназначен для очистки поверхности ни обделки и удаления деструктивного слоя бетона на толщину до 200 мм (рис. 9.29, а). Он оснащен гидросистемой, которая подает воду к соплу, образующему мощную струю воды под огромным давлением (140 МПа). Защищенное кожухом сопло закреплено на манипуляторе, который передвигается по направляющим, закрепленным на самоходном норные. Разрушенные струей волы обломки бетона падают на защитный козырек и скатываются на боковые транспортеры, которые сбрасывают их в приемные бункеры. На следующем агрегате расположены арматурные сетки, которые устанавливают и проектное положение и закрепляют на обделке анкерами (рис, 9.29), Все операции этого рабочего цикла механизированы и выполняют устройством, которое движется по направляющим аркам, установленным в торцах самоходного портала.



После того как арматурная сетка будет установлена по всей длине тоннеля или аварийного участка, на нее наносят набрызгбегон. Работа производится с помощью третьего агрегата, который оснащен оборудованием для нанесения набрызгбетона и специальным устройством в виде стальной ленты, вращающейся на роликах, Это устройство выравнивает толщину набрызгбетонного покрытия строго по проектному очертанию. В случае усиления обделки набрызгбетоном, армированным стальными фибрами, применение арматурных сеток исключается. что сокращает сроки выполнения ремонтных работ.