Читать онлайн Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей
- Автор: Кайжун Хун
ПРЕДИСЛОВИЕ
Щитовые проходки в настоящее время являются супергигантскими специальными инженерными вооружениями, которые широко применяются в строительстве рельсового транспорта в городах, подземных комплексах галерей трубопроводов и при строительстве таких подземных пространств, как железнодорожные и шоссейные туннели, водоотводные туннели, военные оборонительные крупногабаритные сооружения.
На протяжении долгого времени рынок проходческих щитов в Китае был монополизирован иностранными компаниями. Только после десятого и одиннадцатого пятилетних планов в качестве и технологии строительства проходческих щитов был достигнут очевидный прогресса. Доля отечественных щитов на рынке превысила 85%. Используя новые идеи государственной инициативы «Один пояс – один путь», китайские специалисты в отрасли щитов продолжают внедрять инновации и продвигать национальную промышленность высокотехнологичного оборудования в строительстве крупномасштабных туннелей, непрерывно укрепляя имидж «сделано в Китае».
Эта книга появилась в эпоху великого строительства, бурного развития и больших возможностей современного Китая. Данное пособие является инновационным, всеобъемлющим, интегрирующим китайские и европейские достижения. Помимо полного представления отечественных и зарубежных технологических особенностей в развитии щитовых проходок в этой книге научно представлены обобщения и выводы по туннельному строительству в Китае. В том числе довольно большой объем в книге занимают технические результаты, достигнутые специалистами в области проходческих щитов за последние годы.
Во время выхода книги был опубликован профессиональный норматив «Развитие производства проходческих машин /ТБМ/ до 2025 года и на тринадцатую пятилетку». Поэтому в книгу включены новейшие данные по изготовлению проходческого щита, которые согласуются с поставленными задачами. Я уверен, что эта книга внесет вклад в стандартизацию производства проходческих щитов, приведет к росту потребления изделия и будет способствовать продолжительному развитию индустрии изготовления щитов.
Данная книга создана на основе труда многочисленных авторитетных специалистов в отрасли проходческих щитов, является комплексной энциклопедией о щитовой проходке, которая соответствует требованиям по строительству социализма с китайской спецификой и поможет найти ответы на сложные вопросы проектирования и строительства проходческих щитов в Китае. Энциклопедия содержит прекрасные тексты и иллюстрации, а информация представлена подробно и точно. Я искренне рекомендую данную книгу специалистам и студентам, которые занимаются проектированием, строительством, преподаванием и инженерным менеджментом в области проходческих щитов.
«Предшественники сажают деревья, преемники пользуются их тенью» – гласит народная мудрость. Надеюсь, что эта энциклопедия сыграет важную роль в деле проектирования и строительства проходческих щитов.
Член китайской академии инженерных наук Ван Мэншу
2017 год, декабрь
ПРЕДИСЛОВИЕ
Вследствие бурного развития в Китае транспорта и водоотводных построек, протяженность железных дорог достигла 121 000 км, среди которых протяженность высокоскоростных железных дорог составляет 19 000 км. По предварительным подсчетам к 2020 году общая протяженность железных дорог в Китае достигнет 150 000 км. Общий масштаб городского рельсового транспорта превысит 4000 км, объем строительства скоростной автотрассы составит около 85 000 км, строительство гидротехнических и гидроэнергетических туннелей составит около 1000 км. Строительство по методу щитовой проходки станет основным методом строительства из-за его безопасности, экологичности и скорости строительства. В отличие от других методов ключевым пунктом в успехе строительства проходческого щита является рациональное использование щита и геологическая адаптация с учетом сложных условий границы вмещающих пород.
Поэтому особенно важно глубоко понимать структурные характеристики, принципы работы и взаимодействия строительной техники щитового оборудования.
«Ключевые технологии в проходческих щитах» – первая академическая монография, изданная в Китае, по строительству и проектированию проходческих щитов в сложных пластах, включающая в себя как проектирование оборудования, так и ключевые методы строительства. Автор предложил теорию выбора модели проходческого щита по трем углам, создал теоретическую систему проектирования в сложных пластах «три принципа и четыре качества» (избегает геологических рисков с помощью геологической разведки; избегает риска оборудования через планирование и адаптацию потенциала щитовых проходок; избегает антропогенных рисков через специальный контроль и управление; проектирование щита должно соответствовать принципам земляных работ, дренажа, устойчивости и долговечности). Также автор создал метод строительства щитовых проходок для подводных туннелей, основанный на принципе «снижать давление, ограничивать выбросы», и получил национальный патент на изобретение; впервые применил метод сварки и резки под давлением и получил провинциальный и государственный патент на изобретение; разработал технологию быстрой проверки и замены режущих инструментов в условиях сверхвысокого давления, за что тоже получил государственный патент на изобретение.
Редакторы данного пособия являются опытными техническими специалистами, занимающимися проектированием и изготовлением оборудования. Они накопили богатый опыт и множество примеров строительства, тесно связанных теоретической частью. Инженерно-технические задачи в сочетании с большим количеством примеров строительства являются отправной точкой при возникновении технических вопросов. Инженерные задачи относятся к техническим задачам, которые решаются посредством синтеза теоретического анализа и инженерной практики. Пособие всесторонне знакомит читателя с историей развития технологий проходческих щитов в стране и за рубежом; включает в себя проектирование проходческих щитов, технологии строительства и примеры строительства. Пособие предназначено как для практической работы, так и для углубления знаний в сфере проектирования и строительства проходческих щитов. При этом оно имеет глубоко научный характер.
Что вселяет надежду, что издание данного пособия будет способствовать дальнейшему развитию технологий проходческих щитов в Китае, а также сыграет свою роль в деле улучшения строительства туннелей проходческого щита.
Член китайской академии
инженерных наук
Ян Хуаюн
2017 год, декабрь
ПЕРВЫЙ РАЗДЕЛ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В первых пяти главах данной книги излагается теория по строительству проходческих щитов, а также их история развития в Китае, методы щитовых проходок, туннели щитовых проходок, ключевые техники при строительстве по методу щитовой проходки, проектирование туннельной обделки проходческого щита, создание больших данных проходческих щитов. В первой главе излагается общее понятие проходческих щитов, их классификации; представлены основные инновации в широкомасштабном инженерном строительстве. А также в ней предложены и определены три стадии развития щитовых технологий в Китае. Во второй главе представлены особенности метода щитовой проходки, область применения, текущая ситуация развития, тенденции в развитии, классические технологические приемы, риски и профилактика в строительных работах, на которых основана теоретическая система профилактики и контроля «три начала и четыре умения».
Третья глава знакомит читателя с геологоразведочными работами, выбором модели проходческого щита, технологией контроля осадки, а также представляет теоретический способ выбора модели проходческого щита по трем углам. В четвертой главе представлен проект туннельной обделки. В пятой главе содержится создание больших данных проходческого щита. Настоящий раздел на основе практики строительства по методу щитовой проходки упорядочил кластер основных результатов в разнообразных сложных стратиграфических условиях, создал техническую систему строительства по методу щитовой проходки, имеет важное значение руководства и справки при проектировании по выбору модели и строительстве по методу щитовой проходки.
Глава 1. Проходческие щиты и их развитие в Китае
Глава 2. Метод щитовой проходки и щитовые туннели
Глава 3. Ключевые технологии в строительстве по методу щитовой проходки
Глава 4. Проектирование обделки щитового туннеля
Глава 5. Создание больших данных для проходческого щита
ГЛАВА 1. ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ И ИХ РАЗВИТИЕ В КИТАЕ
1.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
1.1.1. Определение щитовой проходки
Щитовая проходка (Shield Machine) – оборудование для строительства туннелей, использующееся для закрытой проходки туннеля, имеющее металлический корпус. Корпус внутри оснащен целостным механизмом и вспомогательным оборудованием. Под прикрытием корпуса проходческого щита осуществляется выемка грунта, выгрузка грунтового шлака, продвижение целостного механизма и установка сегментов и другие работы, тем самым однократно формируя туннель, как показано на рис. 1-1.
Рис. 1-1. Внешний вид проходческого щита
Проходческий щит является специализированным механизмом строительства туннелей, используется для осуществления индустриальной работы по быстрому, безопасному и экологическому строительству. Современный проходческий щит соединяет в себе механические, электрические, гидравлические, сенсорные и информационные технологии, а также выполняет функции выемки и разрезки грунта, транспортировки грунтового шлака, собирания туннельной обделки, измерения и исправления неточностей и другие функции. Проходческие щиты уже широко используются при прокладке туннелей в метро, на железных дорогах, автомагистралях, в городском строительстве, гидроэнергетике и в других сферах.
Принцип работы проходческого щита заключается в том, что элемент стальной конструкции продвигается вдоль оси туннеля, продвигая за собой землю. Корпус этого элемента стальной конструкции называется корпусом проходческого щита. Он выполняет функции временной опоры для вырытого участка туннеля, также может выдержать давление почвенного слоя, подземных вод, изолирует подземные воды от внутренней части корпуса. Под прикрытием корпуса проходческого щита осуществляется прокладывание туннелей, отвал грунта, футеровка и другие операции.
1.1.2. Различие между щитовой проходкой и ТБМ (тоннельной бурильной машиной)
Проходческие щиты и проходческие машины также называют туннелепроходческими щитами. У английского названия «Tunnel Boring Machine» есть аббревиатура ТБМ. В странах Европы и США ТБМ относится к проходческим комбайнам в мягких грунтах и горных слоях. В Японии и Китае проходческие щиты обычно подразумевают проходческие комбайны в мягких слоях почвы, способные укреплять структуру пласта при рытье мягких слоев почвы, тогда как ТБМ обычно относят к проходческим комбайнам, предназначенным для работы с горными породами (рис. 1-2). Такие различия и неопределенность классификации в инженерных кругах, специализирующихся на прокладке туннелей, часто порождают недопонимание и путаницу, поэтому необходимо четко объяснить различие между щитовыми проходками и ТБМ.
Согласно китайскому привычному представлению, можно выделить три основных отличия проходческих щитов от ТБМ: