Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Хун Кайжун

1.4.1. Рассвет китайской щитовой технологии

Период 1953–2002 годов был рассветом щитовой технологии в Китае, когда Китай взял на себя обязательство «строить китайские собственные щиты». В 1953 году в угольной шахте Фусинь на северо-востоке Китая был разработан щит, работающий вручную, что позволило написать историю китайских щитов с нуля.

1) Разработка и применение щита ручной раскопки

Разработка и применение щитов в Китае началась в 1953 году, на 128 лет позже чем за рубежом.

В 1953 году на угольной шахте Фуксин в Северо-Восточном Китае был построен дренажный туннель диаметром 6 м с использованием прорытого вручную щита и небольших сборных бетонных блоков – первый туннель, построенный с использованием щитового метода в Китае. В феврале 1962 года туннелестроительная компания Шанхайского городского строительного бюро провела экспериментальное

исследование щитов в условиях мягкого грунта в Шанхае. Для проведения буровых испытаний в двух репрезентативных пластах был разработан щит с ручным бурением диаметром 16 м (рис. 1-33), в котором использовались атмосферные осадки или давление воздуха для стабилизации пластов ила и мягкой глины. После долгих дебатов и наземных испытаний в качестве обделки туннеля был выбран один слой железобетонных листов труб, соединенных болтами, а в качестве материала для гидроизоляции стыков использовалась эпоксидная смола. При длине проходки туннеля 68 м испытание прошло успешно, и было собрано большое количество данных по щитовому туннелю.

2) Разработка и применение решетчатых экструзионных щитов

В марте 1965 года были введены в эксплуатацию два 8-метровых решетчатых экструзионных щита, разработанных Шанхайским институтом проектирования туннелей и изготовленных Цзяннаньским судостроительным заводом (рис. 1-34). Два параллельных туннеля длиной 660 м с максимальным оседанием грунта 10 см были введены в эксплуатацию в 1966 году.

В мае 1966 года был построен первый в Китае подводный автодорожный туннель – главный туннель проекта строительства автодорожного туннеля Шанхай Дапу, пересекающий дорогу, с использованием 22-метрового щита с решетчатой экструзией ? 10 м, разработанного Шанхайским институтом проектирования туннелей и изготовленного Цзяннаньским судостроительным заводом (рис. 1-35), дополненного стабилизированной под давлением воздуха поверхностью выемки. Проходка туннеля была успешно выполнена под рекой Хуанпу на глубине 16 м (рис. 1-36), общая длина проходки составила 1322 м.

Туннель Дапу был открыт для движения в конце 1970 года. Решетчатый щит, используемый в этом туннеле, был усовершенствован путем преобразования открытого строительства на закрытое.

В 1973 году гидромеханизированный решетчатый щит диаметром 6 м и два решетчатых экструзионных щита диаметром 3 м были использованы для строительства туннеля для сброса сточных вод и двух туннелей для отвода воды на главном нефтехимическом заводе Цзиньшань в Шанхае. В 1980 году был построен пробный участок линии 1 Шанхайского метрополитена, и был разработан экструзионный сетчатый щит диаметром 412 м для проходки 1130 м туннеля в заиленной глине через нагнетание глинистой водой и местное давление.

Рис. 1-33. Выкопанная вручную щитовая проходка, разработанная Шанхайским бюро городского строительства (1962 г.)

Рис. 1-34. Решетчатые экструзионный щит, ? 8 м, построенный Цзяннаньским судостроительным заводом (1965 г.)

Рис. 1-35. 22-метровый щит с решетчатой экструзией ? 10 м, изготовленный Цзяннаньским судостроительным заводом (1966 г.)

Рис. 1-36. Строительство туннеля на дороге Дапу в Шанхае (1970 г.)

Рис. 1-37. Строительство 3-метрового экструзионного решетчатого гидравлического проходческого щита, изготовленного Цзяннаньским судостроительным заводом. Работы гидравлического проходческого щита (1982 г.)

В 1982 году 1476-метровый главный кольцевой туннель для северной линии

Восточно-Яньаньского дорожного перехода на Бунде в Шанхае был построен с использованием 3-метрового экструзионного решетчатого гидравлического проходческого щита, разработанного Шанхайской туннельной компанией и изготовленного Цзяннаньским судостроительным заводом (рис. 1-37). Конструкция щитовая состоит из решетчатой грундной пластинки, поддерживающей экструзию, гидравлической резки поступающего грунта и гидромеханической транспортировки. Щит удерживается 48 гидравлическими домкратами вокруг опорного кольца с максимальной движущей силой 10 800 т (около 106 000 кН).

3) Разработка и применение режущего проходческого щита

В 1986 году Китайская железнодорожная туннельная корпорация разработала полусекционный режущий проходческий щит (рис. 1-38), который был успешно использован для строительства обратной линии Пекинского метро Фусингмен.

Полусекционный режущий проходческий щит сочетает в себе «метод щитовой проходки» и «метод скрытой проходки на небольшой глубине», устраняя необходимость в предварительном цементировании с примененем небольшой обсадной трубы и осуществляет проходку верхнего полусечения туннеля под защитой щитовой оболочки и хвостового листа щита.

Полусекционный режущий проходческий щит полностью гидравлический и с электронным управлением может самостоятельно продвигаться, поворачиваться и разворачиваться, что позволяет эффективно контролировать оседание поверхности земли и снизить интенсивность труда работников, скорость строительства увеличивается, а среднесуточный глубина проходки составляет 3–4 м.

4) Разработка и применение проходческого щита с грунтопригрузом

В декабре 1987 года Шанхайский судостроительный завод изготовил первый в Китае щит с грунтопригрузом диаметром 35 м (рис. 1-39), который был успешно использован Шанхайской туннельной компанией с января по сентябрь 1988 года в проекте строительства кабельного туннеля для перехода через Южный вокзал Шанхая, пересекая слой алеврита на дне реки Хуанпу с длиной скважины 583 м. Он заполнил пробел в производстве щитов с грунтопригрузом в Китае. В начале 1980-х годов технология в целом достигла передового международного уровня, а в 1990 году получила Диплом первой степени Национальной премии за научно-технический прогресс.

Рис. 1-38. Режущий проходческий щит (1986 г.)

Рис. 1-39 Проходческий щит с грунтопригрузом ? 35 м, изготовленный Шанхайским судостроительным заводом (1987 г.)

После самостоятельной разработки проходческого щита с гидропригрузом диаметром 35 м и его успешного применения в кабельном туннеле Южного вокзала Шанхая и кабельном туннеле станции Фучжоу, в 1988 году Шанхай самостоятельно разработал новое поколение проходческого щита с гидропригрузом с самым большим диаметром в Китае на тот момент, 64 м (рис. 1-40). Все оборудование для щитов полностью локализовано, а более передовые технологии обработки, сварки, сборки и другие технологии подтверждают факт выхода шанхайской технологии производства щитов на новый уровень.

Рис. 1-40. Шанхайский собственный 64-метровый проходческий щит с гидропригрузом (1988 г.)

Данная машина используется в строительстве туннелей с высокой скоростью строительства и высоким инженерным качеством, что отвечает соответствующим национальным нормам и стандартам. 27 сентября 1990 года Шанхайская научно-техническая комиссия провела совещание по технической оценке в сравнении с международными показателями. Результаты проверки показали, что технические и экономические показатели проектирования, производства и строительства щита достигли передового уровня иностранной аналогичной продукции. Основные технические параметры щита: внешний диаметр 5640 мм, внутренний диаметр хвостовой части щита 5560 мм, зазор в хвосте щита 30 мм, длина основной рамы 6921 мм (плюс винтовой конвейер 9500 мм), общая тяга 35 280 кН, скорость вращения лопастей w~0.74 об/мин, крутящий момент 3600 кН•м (максимальный), 2870 кН•м (номинальный).