Проходческий щит

Проходческий щит — это специализированное механизированное устройство, применяемое при строительстве тоннелей методом щитовой проходки. Он обеспечивает механическую выемку грунта, его транспортировку и формирование тоннельного обделочного контура. В мировой практике чаще используется термин туннелепроходческий комплекс (ТПМК), особенно для крупных современных щитов с автоматизированными системами управления.

Описание

Проходческий щит — это тоннелевая машина, предназначенная для механизированной проходки подземных выработок различного назначения. Основное преимущество — высокая производительность и безопасность при проходке в сложных геологических условиях. Современные щиты оснащаются режущей головкой, системой грунтоудаления, домкратной системой перемещения, а также транспортным и вспомогательным оборудованием.

Виды

В зависимости от типа почвы и назначения, выделяют следующие виды проходческих щитов:

• открытого типа (без герметизации зоны резания),

• закрытого типа (с герметизацией камеры резания),

• с гидравлическим удалением грунта (грунтовый раствор вымывается),

• с ленточным или шнековым транспортом извлечённого грунта.

История создания

Первый прообраз проходческого щита был предложен в 1818 году английским инженером Марком Брюнелем, который разработал конструкцию для тоннеля под Темзой. Устройство включало металлические секции, позволяющие рабочим копать и одновременно возводить крепление.

В XX веке с развитием механики и гидравлики появились полностью механизированные машины. В 1950-х годах были разработаны первые ТПМК — с буровой головкой, автоматическим удалением грунта и щитовой защитой. Современные комплексы разрабатываются с учётом геологических условий и требований к сечению тоннеля.

Типы

• Механизированные щиты — с вращающейся буровой головой и автоматическим удалением грунта.

• Герметизированные щиты (TBM) — с поддержанием давления в забое.

• Щиты для мягких грунтов — с низкой прочностью резцов.

• Щиты для твёрдых скальных пород — с усиленной фрезой и мощными приводами.

• Многофункциональные ТПМК — позволяют проходить через разнородные породы с автоматическим переключением режимов.

Общее устройство

Проходческий щит состоит из следующих основных узлов:

• Буровая (режущая) головка — вращается и разрушает грунт.

• Щитовой корпус — защищает пространство внутри машины.

• Грунтоудаляющая система — транспортирует вынутый грунт на поверхность.

• Домкратная система — перемещает щит вперёд, упираясь в возведённую обделку.

• Система крепления тоннеля — установка бетонных или чугунных тюбингов.

• Энергетический модуль — электродвигатели, гидравлика, насосы.

• Кабина управления — пульт машиниста с мониторами и системой навигации.

Классификация

Проходческие щиты классифицируются по следующим признакам:

• По типу грунта:

  • для мягких, водонасыщенных, сыпучих,

  • для твёрдых и скальных пород.

• По давлению в рабочей камере:

  • открытые,

  • герметизированные (TBM).

• По назначению:

  • транспортные тоннели,

  • метрополитены,

  • инженерные коммуникации (кабели, трубы).

• По диаметру проходки:

  • малый (до 2 м),

  • средний (2–6 м),

  • крупный (более 6 м).

Основные характеристики

• Диаметр проходки: от 0,5 до 17 метров

• Скорость проходки: 2–20 метров в сутки

• Масса: от 100 тонн до 4000 тонн

• Длина комплекса: от 10 до 100 метров

• Мощность привода: от 200 до 5000 кВт

• Тип грунтоудаления: ленточный, шнековый, гидравлический

• Средняя производительность: до 100 куб. м в сутки

Основные производители

Мировые

• Herrenknecht AG (Германия) — крупнейший производитель ТПМК в мире

• Robbins Company (США)

• Hitachi Zosen (Япония)

• Komatsu (Япония)

• Terratec (Австралия)

Российские

• ОАО «Мосметрострой» — производит проходческие щиты совместно с зарубежными партнёрами

• Промышленные предприятия Урала и Сибири — локализация узлов ТПМК

• ООО «СТМ» — участие в поставках комплектующих и сборке

Китайские

• China Railway Engineering Equipment Group (CREG)

• CRCHI (China Railway Construction Heavy Industry)

• Xugong Group (XCMG) — разрабатывает щиты среднего диаметра

Интересные факты

• Самый большой проходческий щит в мире — "Bertha" (США), диаметр — 17,5 м, использовался для тоннеля в Сиэтле.

• Один из самых глубоких проектов с использованием ТПМК — тоннели под Готардом в Швейцарии, глубиной до 2300 м под землёй.

• Мини-щиты диаметром от 60 см используются для прокладки коммуникаций без вскрытия поверхности (микротоннелирование).

• В России проходческие комплексы использовались в сложных условиях Санкт-Петербурга, где высокая влажность и нестабильные породы.

Область применения

• Метрополитены

• Железнодорожные тоннели

• Автомобильные тоннели

• Канализационные и водоотводные коллекторы

• Прокладка трубопроводов и кабелей

• Горнодобывающая промышленность (в отдельных случаях)