Время чтения: 8 минут Проходческий щит — подвижная конструкция из металла, которую применяют для монтажа тоннелей в метро. Первые проходческие щиты являли собой технику с двигателями в виде паровых машин. Постепенно механизм усложнялся, претерпевал изменения.
В современном мире в среде профессионалов чаще используется аббревиатура ТМПК, нежели «проходческий щит». ТМПК — это общее название механизированных высокотехнологичных комплексов, почти полностью исключающих ручной труд. Своего рода бур для строительства метро, который выполняет проходческие работы под дорогой. Сюда могут входить щитовые домкраты, оборудование для разработки пластов породы, возведения крепи и многое другое.
Виды проходческих щитов и сферы применения
Далее немного поговорим о классификации проходческих щитов. Существует два вида щитовых проходческих комплексов: механизированные и немеханизированные щиты. Последние применяют лишь в качестве защиты забоя от разрушения, чтобы обезопасить строителей.
Также ТМПК можно классифицировать в зависимости от вида пригруза. Без оборудования этого типа невозможно проложить тоннель в слабой водонасыщенной породе. Инженерам приходится позаботиться об активным пригрузе забоя. То есть забой и щит разделяют герметичной перегородкой. Далее получившееся пространство заполняется:
- гидрогрузом (раствором бентонитовых глин);
- воздушным пригрузом (сжатым воздухом);
- грунтопригрузом (уплотнённым грунтом).
Процесс, осуществляемый непременно под давлением, помогает уравновесить гидростатическое давление грунта и жидкости, обезопасив тем самым забой от разрушения. К слову, грунт из забоя поступает в тоннель при помощи шнека или гидротранспорта.
История появления проходческих щитов
Первый немеханизированный тоннелепроходческий щит более 100 лет назад сконструировал Марк Брюннель. Оборудование было опробовано через 7 лет, в 1925 году, при строительстве тоннеля в Лондоне, под Темзой.
Строительство тоннеля в Лондоне
Большое распространение проходческие щиты получили лишь в конце 70-х годов XIX века. Именно тогда была изменена конструкция оборудования (форма стала цилиндрической; появились тюбинги). Прародителем же современных ТМПК считается детище британца Джеймса Грейтхеда. Ещё через 30 лет, в 1896 году, Джон Прайс дополнил щит Грейтхеда ротором.
В наши дни применяются только механизированные тоннелепроходческие комплексы (тпмк), которыми роют тоннели. В их задачи входят такие работы, как разработка грунта, удаление из оборудования, погрузка на транспорт. Помимо этого, проходческий комбайн способен выполнять следующие функции:
- крепление контура выработки;
- монтаж сборной обделки тоннеля метро;
- изоляция кольцевого зазора и прочее.
В СССР щитовая проходка для метро стала применяться с 1934 года. Тогда проходческий щит Markham закупили в Англии. Оценив новинку для метростроя, легендарный Серго Орджоникидзе поставил перед инженерами задачу: разработать документацию и выпустить точно такой же тоннелепроходческий щит.
Строительство Московского метро
Не прошло и двух месяцев, как конструкторы сделали невозможное. Был запущен первый советский механизированный щит, работавший параллельно с английским.
Так был построен участок от станции «Театральной» до «Лубянки». Через пару лет под землёй работало 42 щита (как стационарных, так и перегонных). Уже в 50-е годы Главтоннельметрострой применил устройство для работы с породами разной крепости. Небольшой партии проходческих щитов хватило на обустройство 70 км линий.
Промышленное оборудование опробовали в Ленинграде, а затем в других городах. Появились тоннелепроходческие щиты с планетарным исполнительным органом. Особенность такого комплекса состоит в том, что режущие барабаны фиксируются на валах и могут вращаться вокруг своей оси. Диски-фрезы оснащались резцами, покрытыми твёрдым сплавом. Подача на забой была гидравлической.
Рабочие инструменты проходческих щитов
Рабочие инструменты проходческих щитов рассчитаны на то, чтобы воздействовать на забой методами резания, вдавливания или же комбинированным способом. Вдавливание применяется в сыпучих, илистых и глинистых грунтах, которые именуются также мягкопластичными.
Вдавливание осуществляет головная часть ТМПК. Тут находятся ножевые кольца, режущие полосы (горизонтальные или наклонные) и окончатые диафрагмы. Через них порода попадает внутрь щита. Отбор грунта выполняют гидроэлеваторы или же специальные земленасосные установки.
В некоторых случаях разработка забоя осуществляется при помощи водяной струи. Сам проходческий щит может работать как поступательно, так и вращаться.
Как устроен проходческий щит?
Чтобы понять, как устроена щитовая проходка для метро, взгляните на схему.
Щитовой проходческий комплекс с гидропригрузом
Устройство проходческого щита
1 – рабочий орган щита; 2 – призабойная стена; 3 – камнедробилка; 4 – кессонная камера; 5 – герметичная диафрагма; 6 – декомпрессионная камера; 7 – домкраты; 8 – трубопровод подачи суспензии; 9 – блокоукладчик; 10 – щетки герметизации; 11 – кольцевой зазор (заполняется раствором).
Щитовой проходческий комплекс с грунтопригрузом
Рабочие инструменты проходческого щита
1 – рабочий орган щита; 2 – герметичная призабойная камера; 3 – переборки для перемешивания породы; 4 – перегородка призабойной камеры; 5 – винтовой конвейер; 6 – блокоукладчик; 7 – щетки герметизации; 8 – кольцевой зазор (заполняется раствором); 9 – блочная обделка.
Производители проходческих щитов
Проходческий щит
Десятки заводов на планете выпускают промышленное оборудование, включая проходческие щиты, мембранные насосы, запчасти. Назовём ряд известных производителей оборудования для метростроя.
- LOVAT (Канада). Фирма не только продаёт машины, но и восстанавливает оборудование.
- Wirth и Herrenknecht AG (Германия). «Херренкнехт» поставляет проходческие щиты в разные страны, для всех типов грунтов.
- Robbins (США).
- Hitachi, Ltd (Япония). Основана в 1976 году. Выполнено огромное количество заказов.
Промышленные тоннелепроходческие насосы
В проходческих щитах используется насосное оборудование следующих принципов действия и марок для различных задач:
Пневматические поршневые насосы
Перистальтические насосы
Пневматические мембранные насосы
- BIBER
- BLAGDON
- ARO
- TECNO MATIC
- SANDPIPER
Винтовые насосы
- WANGEN
- MONO
- ALLWEILER
- ROTO
Самый большой проходческий щит в мире
Чтобы понять, какой проходческий щит в мире — самый большой, обратимся к мировому опыту. Мы составили ТОП-5 тоннелепроходческих комплексов. Рядом с названием указан диаметр землепроходческого щита.
1. ТПМК Миксщит, 17, 6 м (Гонконг).
2. ТПМК Берта, 17, 48 м (Сиэттл).
3. ТПМК Миксщит, 15, 76 м, изготовленный на заказ для строительства тоннеля в Ухане, под Янцзы.
4. ТПМК Мартина, 15, 62 м (Спарво).
5. ТМПК Миксщит, 15, 43 м. Разработан для Хуанчджоу.
Ремонт и обслуживание насосного оборудования в проходческих щитах
Своевременный ремонт и обслуживание насосного оборудования позволяет обеспечить более длительный срок службы проходческому щиту. В зависимости от характера неисправности, специалисты могут:
- сменить прокладки в насосе, кольца уплотнителя, подшипники;
- набить сальники;
- устранить разбег ротора;
- отцентровать, покрасить насос;
- провести ревизию и почистить механизмы;
- заменить и отрегулировать комплектующие;
- отбалансировать, срезать или нарастить рабочее колесо и так далее.
Чтобы по максимуму избежать крупных ремонтов насосного оборудования в проходческих щитах, лучше заказать профессиональное техническое обслуживание. Наша компания выполняет подобные виды работ. При обслуживании дорогостоящего насосного оборудования необходимо использовать оригинальные запчасти. Выход из строя насосного оборудования может остановить работу проходческого комплекса, поэтому всегда нужно держать необходимые запчасти для ремонта в резерве.
Удивительные факты о проходческих щитах
- Проходческим комплексам присваивают имена жён руководителей. Возможно, вам встречались такие имена проходческих щитов, как «Аврора», «Алеся», «Светлана», «Татьяна». Упомянем также ТПМК «Роза», «Виктория», «Надежда» (S-782) и «Наталия».
- Самые большие проходческие щиты для метростроя сравнимы по высоте с пятиэтажным домом.
- Мировой рекорд скорости проходческого щита числится за метрополитеном Санкт-Петербурга. В 1981 году щит КТ-1-5,6 проходил 1240 метров в месяц.
- На современных проходческих щитах для метро устанавливают около 15 электродвигателей. Их мощность поражает: до 6375 лошадиных сил.
- Благодаряwidth="80%" height="80%" щиту не только прокладывают тоннели, но и тянут уйму груза, начиная от генераторов и заканчивая пожарным оборудованием.
- Пройти в щит можно через двери. Внутри находятся, к примеру, ножи, выгрызающие грунт.
- Ежедневно ТПМК вырывает столько породы, что требуется не один десяток грузовых машин, чтобы всё вывезти.
- Проходческий щит перевозят с места на место, предварительно разобрав комплекс на компоненты поменьше. Демонтаж «подземных червей» — сложная инженерная операция.
- Бытует легенда, что изобретатель Марк Брюннель придумал идею создания проходческого щита, когда увидел однажды, как корабельный червь точит древесину. Голова этого моллюска была защищена жёсткой раковиной с зазубренными краями.
- Сколько приблизительно стоит проходческий щит? Комплекс «Берта» обошёлся в 1,35 млрд долларов.
- Первые траншеи для метро в Москве копали по той же технологии, что и в Нью-Йорке. Чтобы рыть грунт, его иногда... замораживали.
Как рассчитываются темпы проходческого комбайна
От скорости проходки щита зависят сроки строительства тоннелей метро. Поскольку проходческий щит принадлежит к классу горного оборудования, используются проверенные формулы. Инженерам необходимо вычислить по формулам:
- теоретическую и техническую производительность;
- техническую скорость проходки ТМПК;
- техническую и эксплуатационную скорость проходки и сооружения тоннеля.
