Тоннелепроходческий комплекс

Тоннелепроходческий комплекс (сокращённо ТПК) — это высокоспециализированная механизированная машина или система оборудования, предназначенная для механической проходки подземных тоннелей различного назначения (транспортных, коммунальных, гидротехнических и др.). В международной практике часто используется термин Tunnel Boring Machine (TBM), что также является корректным обозначением.

Описание

Тоннелепроходческий комплекс — это механизированная установка, включающая проходческий щит, режущий диск (фрезу), транспортную систему для удаления породы, систему гидравлики, электропитания и жизнеобеспечения. Он позволяет безопасно и быстро прокладывать тоннели в различных грунтовых условиях с минимальными рисками для окружающей застройки.

Виды

• Щитовой тоннелепроходческий комплекс (закрытого типа)

• Открытый тоннелепроходческий комплекс

• Гидрошит (использует гидростатику)

• Микротоннелепроходческий комплекс (мини-ТПК)

• ТПК с забойной камерой с балансировкой грунта (EPB)

• ТПК с балансировкой с помощью жидкости (SLURRY)

• Горнопроходческие комплексы с бурением и взрывом (в скальных породах)

История создания

Первые попытки механизировать проходку тоннелей относятся к первой половине XIX века. В 1845 году сэр Марк Брюнель разработал прообраз тоннельного щита для подземной проходки под Темзой в Лондоне. В XX веке, с развитием горной и строительной техники, началось активное создание механизированных ТПК.

Современные щитовые машины появились в 1950–1960-х годах в Европе и США. В СССР разработки велись с 1950-х годов, в том числе в рамках метростроя. Современные ТПК — это автоматизированные высокоточные машины, работающие на глубинах до сотен метров.

Типы

• TBM (Tunnel Boring Machine) — классический щитовой проходческий комплекс

• EPB (Earth Pressure Balance) — машины с балансировкой давления грунта

• Slurry TBM — машины, использующие шламовую жидкость

• Robbins, Herrenknecht — коммерческие названия и стандарты типов

• AVN — для микротоннелирования

• CREG, CRCHI, Seli, Lovat — также часто обозначают тип машин по производителям

Общее устройство

• Режущий щит с фрезой или дисками

• Поддерживающий корпус (тубус)

• Гидравлические домкраты для продвижения

• Конвейер или шнек для удаления породы

• Система транспортировки тюбингов (обделки тоннеля)

• Станция управления

• Модули жизнеобеспечения: вентиляция, освещение, системы пожаротушения

• Тяговая и силовая установка (электро- или дизельная)

• Сегментонакладчик (механизм установки тюбингов)

Классификация

• По диаметру проходки:

  • Микротоннелепроходчики (менее 1 м)

  • Средние (1–6 м)

  • Крупные (более 6 м)

• По типу баланса:

  • С открытым забоем

  • С гидростатическим балансом (Slurry)

  • С балансировкой грунта (EPB)

• По направлению проходки:

  • Горизонтальные

  • Вертикальные (редко)

• По применению:

  • Метрополитены

  • Железные дороги

  • Водопроводы и канализация

  • Автомобильные дороги

  • Кабельные тоннели

Основные характеристики

• Диаметр проходки: от 0,5 до 17,5 м

• Длина комплекса: 50–120 м

• Вес: от 50 до 4000 тонн

• Мощность привода: от 500 до 7000 кВт

• Скорость проходки: 5–15 м/сутки (в зависимости от условий)

• Тип грунта: от мягких почв до скальных пород

• Количество обслуживающего персонала: 5–20 человек

• Способ удаления породы: шнек, конвейер, шламовая система

Основные производители

Мировые производители:

• Herrenknecht AG (Германия) — крупнейший мировой производитель

• Robbins Company (США) — известен своими TBM для горных условий

• Terratec (Австралия)

• Hitachi Zosen (Япония)

• Mitsubishi Heavy Industries (Япония)

Китайские производители:

• China Railway Engineering Equipment Group (CREG)

• China Railway Construction Heavy Industry (CRCHI)

• NHI Group

Российские производители и поставщики:

• АО «Метрострой» (эксплуатант, проектировщик)

• НПО «Геомаш» (буровые системы)

• ОАО «Мосметрострой» (в эксплуатации зарубежных машин)

Интересные факты

• Самый большой в мире ТПК — Bertha (США), диаметр 17,5 м, использовался в Сиэтле.

• Один из самых длинных ТПК — Big Becky, длина более 150 м.

• Микро-ТПК используются для прокладки труб и кабелей под городскими улицами без вскрытия поверхности (технология безтраншейной проходки).

• В России для строительства Большой кольцевой линии метро в Москве использовались машины диаметром 10,3 м.

• Современные ТПК оснащаются ИИ-алгоритмами и системой 3D-навигации для точного ведения тоннеля.

Область применения

• Метрополитены — основное применение в городском строительстве

• Автомобильные и железнодорожные тоннели — как в горных, так и в городских условиях

• Коммунальные системы — прокладка канализации, водопровода, кабельных каналов

• Гидротехнические сооружения — водоводы ГЭС, дренажные системы

• Нефтегазовая промышленность — тоннели под трубопроводы

• Микротоннелирование — строительство инженерных сетей под плотной городской застройкой