Изграждане на подземни тунели. Нови методи за изграждане на тунели чрез копаене. Характеристики на изграждането на тунели чрез добив с изграждане на сглобяема облицовка
ТУНЕЛ (a. tunnel; n. Tunnel; f. tunnel, galerie, souterrain; и. tunel) - разширена подземна (подводна) конструкция за транспортни цели, полагане на инженерни комуникации и др. По предназначение тунелите се разделят на транспортни (виж), пешеходни (виж), хидравлични (виж), комунални (канализации, кабели, колектори, за топлоснабдяване и газоснабдяване и др.), Минни (за отстраняване на скали и руда, вентилация , дренаж) и специални (за отбранителни цели, за научни изследвания). Тунелите се различават по дължина (от няколко десетки метра до няколко десетки километра), форма и размер. напречно сечение, дълбочина (от няколко метра до няколко километра), конструкции, метод на строителство, условия на работа и др. (вижте Пътен тунел, Железопътен тунел, Подводен тунел, Метрополитен,).
Щитът на Брунел се състоеше от 12 свързани рамки, защитени отгоре и отстрани от тежки плочи, наречени процесии. Той разделя всяка рамка на три работни пространства или клетки, където багерите могат да работят безопасно. Стена от къси камъни или сандъци отделяше всяка клетка от лицето на тунела. Касиверът ще премахне дъската на сандъка, ще изреже три или четири инча глина и ще смени дъската. Когато всички багери във всички клетки завършиха този процес в една секция, мощните винтови гнезда избутаха щита напред.
Барлоу и Джеймс Хенри Уордхед подобриха дизайна на Брунел, като изградиха кръгъл щит, облицован с чугунени сегменти. Те първо използваха новопроектиран щит, за да изкопаят втори тунел под Темза за пешеходен трафик. добавяне на налягане към сгъстения въздух вътре в тунела. Когато налягането на въздуха вътре в тунела превиши налягането на водата отвън, водата остана отвън.
Тунелите са започнали да се строят в древни времена. През 2180 г. пр.н.е във Вавилон под реката. Ефрат е построен пешеходен тунел с дължина 920 м. През 700 г. пр.н.е. на остров Самос в Егейско море са построени тунели за водоснабдяване с дължина 1600 м. От края на 17 век започва изграждането на корабни тунели, в средата на 19 век - железопътни, а в началото на 20 век - пътни тунели; първото метро е пуснато в експлоатация в Лондон през 1863 г. През 1900-80 г. в света са построени около 1 милион км тунели за различни цели; от общия обем приблизително 60% са хидротехнически и инженерни тунели и 40% са транспортни. През този период скоростта на тунелиране се увеличава средно 90 пъти, а от 1980 до 1987 г. - се удвоява. Според прогнозите до 2000 г. ще трябва да бъдат построени около 1 милион км тунели, а в бъдеще обемът на строителството на тунели ще се удвоява на всеки 10 години.
Работниците използват скеле, наречено гигантско скеле, за да поставят експлозиви бързо и безопасно. Джембото се придвижва към повърхността на тунела, а гигантските свредла правят няколко дупки в скалата. Дълбочината на дупките може да варира в зависимост от вида на скалата, но типичната дупка е около 10 фута дълбока и само няколко инча в диаметър. След това работниците опаковат експлозиви в дупките, евакуират тунела и детонират зарядите. След евакуиране на вредните изпарения, създадени по време на експлозията, работниците могат да внесат и да започнат да унищожават отломките, известни като кал, с помощта на колички.
С развитието на тунелната технология дължината и размерите на напречното сечение на тунелите се увеличават. През 1987 г. в света е имало около 30 тунела с дължина над 10 км; дву- и тристепенните транспортни тунели с площ на напречното сечение 120-150 m 2 и повече стават широко разпространени. Например в град Сиатъл () е построен голям двустепенен тунел с външен диаметър 24,4 m, който побира две пътни платна на различни нива, отделение за велосипедисти и пешеходци, както и вентилационни канали (фиг. 1).
След това те повтарят процеса, който бавно придвижва тунела през скалата. Пожарогасенето е алтернатива на експлозията. При този метод стената на тунела се нагрява с огън и след това се охлажда с вода. Бързото разширяване и свиване, причинено от внезапната промяна в температурата, причинява счупване на големи парчета камък.
Времето за втвърдяване на твърди, много твърди скали може да се измерва в продължение на векове. В тази среда може да е необходима допълнителна опора за покрива и стените на тунела. Повечето тунели обаче преминават през скала, която съдържа пукнатини или джобове от счупена скала, така че инженерите трябва да добавят допълнителна опора под формата на болтове, пръскан бетон или пръстени от стоманени греди. В повечето случаи те добавят трайна бетонна облицовка.
Значителни разходи за изграждане на тунели (цената за изграждане на 1 км транспортни тунели е 10-30 милиона рубли) се изплащат чрез подобряване на транспортните връзки, решаване на енергийни проблеми, рационализиране на градските икономически системи, трансформиране и опазване на околната среда.
Ще разгледаме тунела, минаващ през меката скала и водещ под водата. Докато типичните приложения включват големи размерикамъни, силно подсилени бетонни конструкцииили стоманена шлака, тя също се използва успешно при прокарване на тунели. Той работи основно върху два хакерски механизма - Breakthrough Destruction и Impact. Проникващата недостатъчност се отнася до по-меки материали, които се разрушават от комбинация от вълни на напрежение и ефект на клин. За тази цел се използва длето или инструмент от точка до точка.
При ударно счупване се използва тъп инструмент за предаване само на вълни на напрежение, тъй като клиновият ефект тук е нежелан. Производителността зависи от много фактори, които включват: енергия и честота на удара, здравина и издръжливост на материала, умения и техника на оператора, състояние на оператора и логистика на работното място.
Годишно в CCCP се пускат в експлоатация повече от 50 км хидротехнически и комунални тунели, десетки километри тунели на метрото, минни тунели и др.. Мащабът на строителството на тунели е значителен и в чужбина. Започва изграждането на подводни тунели под Ламанша с дължина около 50 км (стойността на проекта е 2,3 милиарда британски лири стерлинги). Предвижда се създаването на големи подводни тунели под Босфора (12 км), Гибралтар (50 км), под Ботническия залив (22 км) и др. Разработени са проекти за четири основни железопътни тунела в Алпите с дължина 49 до 60 км (таблица).
По принцип дистрибуторът се основава главно на видовете режещи глави, напречни или надлъжни, и на базата на видовете товарни възли - сглобяеми конзоли, разпръскващи машини, скреперни конвейерни товарачи, две странични товарни греди или една централна товарна греда.
Кратка информация за тях е дадена по-долу. 
Предимства на надлъжната пред напречната. Може да работи с минимално претоварване; по-малко напречно Ниска консумация на енергия главно в резултат на намалена скорост на рязане. 
Предимства на напречно надлъжно. 
Може да обработва големи обеми ядки, когато се използва в минни приложения като въглищни мини. 
- По-бърза скорост на рязане.
- Изрязва се по посока на лицето и е по-стабилна от надлъжната.
- По-малко податливи на промени в скалните условия и по-твърди скали.
- По-добре е да използвате сгъваеми равнини, особено в слоя от седиментни скали.
- По-голяма гъвкавост и по-широка гама от приложения.
- Най-подходящ за работа с груби, блокови, кохезивни и мокри кални маси.
- Добър за работа в тунели.
- За сухи, залепени и незалепващи материали.
- Устойчивост на износване, ниска поддръжка.
- За неблокиращи и неабразивни материали.
Предназначението, местоположението на тунелите, неговата дължина и дълбочина, очертание в план и профил, формата и размерите на напречното сечение се определят от топографските, климатичните и инженерно-геоложките условия, начина на изграждане, както и от икономическите и екологичните условия. съображения.
За надеждно проектиране и изграждане на тунели се извършват инженерни проучвания и проучвания, при които наред с традиционните методи (сондажни кладенци, изкопаване на проучвателни изработки) се използват геофизични проучвания, гравиметрични и еманационни изследвания, а за големи тунели - високо- сателитна въздушна фотография с резолюция. Цената на производството на инженерно-геоложки проучвания и проучвания е до 3-5% от стойността на строителството.
В секцията за публикации по-долу. Машини за пробиване на тунели. Благодарение на способността си да постига висок темп на развитие в строителството на граждански тунели, тунелопробивната машина набира все по-голяма популярност и интерес към приложението й в разработването на подземни мини.
Това е най-традиционният метод за тунелиране и все още се практикува и използва в по-къси тунели в твърди скали и където времето не е ограничение. Методите за прокопаване на тунели чрез сондиране и взривяване зависят основно от вида на пресичания терен. По този начин могат да се разграничат отделно копаене на тунели в скали и копаене на тунели в почви или меки зони. В тази статия винаги ще се фокусираме върху изкопи, които са най-често срещани в пътните тунели.
Изграждането на тунели, в зависимост от местоположението, дълбочината и инженерно-геоложките условия, се извършва по планински, щитов или отворени пътища; в някои случаи методът на щанцоване, спускане на секции и специални начиниработи (виж Подземно строителство).
За товарене и транспортиране на скална маса, мощни машини за непрекъснато товарене на скали (технически капацитет до 360 m 3 / h), тунелни багери с кофи с капацитет до 2-3 m 3, тежки самосвали и самоходни коли (капацитет до до 10 m 3 и повече) се използват при пневматично колело и релсов транспорт, конвейер и тръбопроводен транспорт. За временно закрепване на тунелни изработки се използват сводести, анкерни (виж) и контурна облицовка от пръскащ бетон. В нарушени и слабо стабилни скали водещата опора е ефективна под формата на екрани, изработени от тръби с диаметър 200-300 mm, монтирани в кладенци, пробити по контура на бъдеща изработка, или бетонни сводове, подредени чрез бетониране на водеща контурна междина ширина 12-15 см. извършва се с непрекъснато или стъпаловидно клане с изграждането на постоянна облицовка в подвижен кофраж (виж). Бетоновата смес се подава в тунелите в автомиксери и се поставя зад кофража с бетонови помпи или пневматични вентилатори. Създадени са специални бетонови композиции, включващи вагони с бункери за цимент и инертни материали, платформи с бетонобъркачки, лентови транспортьори и др. Работата на инсталациите се контролира от компютър. При някои скали с затихнало пълзене, т.нар. нов австрийски метод на потъване с разработване на първо място на периферната част на изработката и бързото фиксиране на нейния контур с гъвкава обвивка от пръскан бетон и анкери. След стабилизиране на скалната маса се развиват централна частизработки и изправена облицовка от пръскан бетон или бетон на място.
Детайлите или елементарните изработки на характерния работен цикъл на изкопни работи чрез сондиране и взривяване са както следва.
- Маркирайте предната част на графика за снимане.
- Бормашини за пробиване.
- Сондажен товар с експлозиви.
- Експлозия и вентилация.
- Отстраняване на отломки и саниране на предната част, свода и фронтоните.
Щитният метод на работа се използва предимно в меки и слаби скали. За проникване в меки скали са предназначени механизирани щитове с работни органи с непрекъснато (ротационно, планетарно) или избирателно (фрезоване, изкопаване) действие и др.. — 1250 m/месец. В некохезионни почви с естествена влага се използват механизирани щитове с хоризонтални разчленяващи рафтове и челюстни товарачи, а в слабо водонаситени почви (фиг. 2) - щитове с долни камери за зареждане, напълнени под налягане със сгъстен въздух, вода или глинен разтвор (бентонитова суспензия); създадени са и щитове с тежести от пръст и утайки.
Впоследствие по хода на изкопа в тунела, коригиран според резултатите, получени при всяка експлозия. Експлозивното взривяване с хоризонтални отвори има предимството, че същата работна система и оборудване се използват като предварителна фаза и могат да бъдат прорязани от теоретичната форма на тунела. В допълнение, продухването в банка е по-бързо с по-ниска консумация на експлозив и не трябва да се отстранява от отломки при всяка експлозия, но изисква последващо подрязване, за да се получи профил на тунела във фронтоните.
За нормално функциониранетранспортни и колекторни тунели те са оборудвани с оперативни системи за вентилация (виж. Вентилация на тунели), осветление, дренаж, а в транспортните тунели осигуряват средства за гасене на пожари и предотвратяване на тяхното възникване, както и устройства, които допринасят за безопасността на превозното средство трафик. Цената на експлоатационното оборудване на транспортните тунели е до 30% от стойността на тяхното изграждане.
Дупките трябва да са с 5 до 10% по-дълги от разстоянието, което искате да преминете с пръчката, наречено дължина на телта, тъй като винаги има загуба, която прави невъзможно максимизирането на дължината на дупките. Типичната дължина на хода е между 1 и 4 метра и е фиксирана в зависимост от качеството на скалата по-добро качествотерен, толкова по-голям напредък е възможен.
За сондиране и взривяване теоретичният участък на тунела е разделен на зони, в които изискванията както за плътността на пробиване, така и за специфичния експлозивен заряд и последователността на запалване са различни. Целта му е да създаде първа дупка в скалата, която предлага на останалите фази свободна повърхност, върху която скалата може да се плъзне, което прави възможно и по-лесно изстрелването. В тунели с намалени изкопни площи тези небеса не позволяват големи печалби от взривяване.
Напредъкът в областта на тунелирането налага увеличаване на темпото, намаляване на трудоемкостта и цената на строителството. За целта е необходимо да се осигури: надеждна прогноза за инженерно-геоложките условия по трасето на тунела, стандартизация и унификация на формите и размерите на напречното сечение на тунели за различни цели, както и тунелни конструкции; създаване на индустриални и икономични облицовки и опори с използване на традиционни и нови конструктивни материали; разработване и внедряване на системи за автоматизирано проектиране на тунели; усъвършенстване на технологията за тунелно строителство на базата на комплексна механизация и роботизация на всички минни операции и др.
Състои се от празна бормашина, без експлозиви, с по-голям диаметър от другите, и около нея има три или четири секции от заредени бормашини, които експлодират последователно след предварително определена последователност. Мисията на разширението е да осигури свободна повърхност, която предотвратява изтичането на скали по начин, който улеснява стартирането.
Понякога може да се замени с два празни отвора с по-малък диаметър. Shoemaker е зона за взривяване, разположена в основата на предната част, наравно със земята. Крайните отвори обикновено са леко "набодени" навън, за да оставят достатъчно място за следващото подаване, което да бъде пробито. Обущарските дупки са тези, които имат най-експлозивен заряд, тъй като освен че трябва да разбият скалата, те трябва да я повдигнат. За да се избегнат влечугите, те се „прищипват“ леко и се изстрелват последни.
Тунел - хоризонтална или наклонена изкуствена подземна конструкция, предназначена за транспорт, водно преминаване, разполагане на комуникации или промишлени предприятия.
По предназначение тунелите се разделят на седем групи:
- железопътна линия
- път
- подлези
- хидротехнически
- комунални услуги
- минен
- специален
По местоположение тунелите се разделят на:
Периметърните или контурните свредла са важни, тъй като ще зависят от формата на периметъра на получения изкоп. В идеалния случай действителната форма на периметъра на тунела трябва да бъде възможно най-близо до теоретичната форма, въпреки че скалната нестабилност и разкъсванията затрудняват това.
Има два метода за заснемане на периметърни снимки: разрез и предварителна обработка. Рязането, което е най-често използваната техника, се състои в пробиване на значителен брой отвори, успоредни на оста на тунела в контура, на удобно разстояние и с малка или дори никаква експлозивна концентрация. В последователността на запалване са последните дупки за удар. Този метод изисква много прецизно пробиване, което осигурява добра паралелност и равномерно разделяне между свредлата.
- планински (положени в планински райони - през била, вододели и отделни хълмове);
- под вода (тунели, изградени под водно течение (или под друга водна бариера, като морски проток), за преминаване на превозни средства и поставяне на съоръжения);
- плоски или градски (например тунели на метрото).
Дълбочината на тунела, неговата дължина, местоположение, форма на напречното сечение зависят от предназначението на тунела, топографските, геоложките и климатичните условия. Надлъжният профил на тунела може да бъде едно- и двускатен (с наклон в двете посоки от средата на тунела).
Тунелирането е един от най-трудните видове строителни работи. Прокопаването на тунели се извършва от еднакви участъци с ограничена дължина - отсечки. Дължината на участъка - дълбочината на входа - зависи от инженерните и геоложките условия за полагане на тунела, размерите на напречното му сечение, основната от които е ширината, методът на проникване и облицовъчният материал. При прокарване на тунел в скалисти и полускални почви дълбочината на проникване, която се определя основно от степента на стабилност на контура на изкопната почва, е 2-4 метра.
Тунелните работи се организират по линейния метод с цикличното им изпълнение. Процес на изгражданестроителството на тунели е разделено по вид работа. Принципът на организиране на работата по редовния метод е, че напредването на фронта на работа на всяка работна зона след предната страна се извършва с постоянна скорост. В този случай всички работи по изграждането на тунела са единен строителен поток, който осигурява изграждането на готовия тунел със скоростта на напредване на предната стена. Максимално възможната скорост на движение на фронта на работа във всяка работна зона може да бъде различна и се определя от технологичните възможности.
Вторият принцип на организацията на тунелната работа е цикличността на тяхното изпълнение. Цикълът се разбира като завършен процес на извършване на определено количество работа, повтарящо се на равни интервали. Продължителността на цикъла трябва да бъде такава, че цял брой цикли да бъдат изпълнени на смяна или ден. Това ви позволява да организирате по-добре работата на сменен екип от работници и повишава тяхната отговорност за качеството на работа.