Scuturi de tunel: descriere, scop. Foraj orizontal

Istoria scuturilor de tunel a început cu un secol înainte de ultimul în Anglia. Primul scut a fost construit de inginerul Brunel pentru a construi un tunel sub Tamisa.

Pentru a înțelege structura complexelor moderne de tuneluri de scuturi, să ne dăm seama mai întâi de unde provine însuși conceptul de „scut”, deoarece ceea ce vedem în fotografii nu are nimic în comun cu armura cavalerească :-). Acest dispozitiv a început să fie numit scut (din engleză „scut”), deoarece sarcina principală a fost de a proteja minerii din față de prăbușirea rocii într-o secțiune scurtă între față și locul în care este deja căptușeala permanentă a tunelului. gata. Treptat, designurile scuturilor au devenit mai complexe - de la o structură simplă de oțel închisă (apropo, primele scuturi nu erau deloc rotunde), la complexe moderne complexe de foraj de tunel.

Pe primele panouri, pământul din față a fost îndepărtat de muncitori manual, folosind o lopată, un târnăcop și mai târziu un ciocan-pilot, și îndepărtat prin tunelul construit pe cărucioare. Pentru a deplasa scutul înainte, s-au folosit cricuri cu șurub, care s-au sprijinit pe secțiunea finită a căptușelii tunelului și au împins scutul înainte. Ulterior, cricurile hidraulice au început să fie folosite în locul cricurilor cu șurub. Acesta a fost deja un pas colosal înainte, crescând semnificativ rata de penetrare. Cricurile puternice rămân încă una dintre componentele principale ale complexelor moderne de tuneluri. Următorul pas a fost utilizarea aproape universală a căptușelii prefabricate din elemente mari - inițial tuburi din fontă. Acest design de căptușeală are o serie de calități remarcabile - pe lângă capacitatea de a rezista la presiuni și etanșeitate enorme, este importantă și capacitatea de a asambla un inel din oțel inoxidabil. cantitate mare elemente mari. Utilizarea mecanismelor care permit instalarea imediată a tubulaturii în poziția necesară (straturi de tuburi) a crescut semnificativ viteza de construcție a căptușelii.

În solurile saturate cu apă, munca a fost adesea efectuată folosind un cheson. Tunelul din spatele scutului a fost blocat cu un perete etanș și a fost instalată o poartă pentru a permite oamenilor să treacă la față. Compresorul a pompat aer comprimat în față. Presiunea crescută la mai multe atmosfere a făcut posibilă stoarcerea literală a apei în adâncurile stâncii și prevenirea pătrunderii acesteia în față. Cu toate acestea, munca tunelierelor la presiune înaltă a impus restricții serioase - durata schimbului nu a fost mai mare de 2 ore, apoi a fost efectuată o închidere lungă. Constructorii au avut adesea boala de decompresie, ceea ce le-a obligat să petreacă multe ore într-o cameră de presiune.

Deoarece dimensiunea tunelurilor creștea constant, platformele orizontale au apărut în partea din față a scutului, ceea ce le-a permis muncitorilor să dezvolte simultan solul din două (și uneori mai multe) niveluri. Cu toate acestea, rata de penetrare a fost încă foarte scăzută din cauza cantității mari de muncă manuală, spațiu limitat, accidente frecvente, izbucniri de stânci și străpungeri. ape subterane la fata. Primul scut de tunel din URSS a funcționat în timpul construcției tunelului din Piața Dzerzhinsky (Lubyanka) - secțiunea Okhotny Ryad. Acolo, pentru prima dată în lume, s-a folosit căptușeală prefabricată din beton. În timpul construcției celei de-a doua etape, 42 de scuturi au lucrat simultan pe autostrăzi - acesta este un record mondial absolut. Au fost construite și tunelurile stației cu complexe de panouri de diametru mare.

Pentru excavarea în soluri nisipoase, scuturile au început să fie echipate la cap cu platforme de tăiere orizontale care împiedică să se prăbușească. Un astfel de scut este presat în stâncă cu cricuri, solul este turnat și colectat de un încărcător.

Următorul pas a fost eliminarea aproape completă a muncii manuale, datorită mecanizării procesului de exploatare a rocii în secțiunea de față. De regulă, pe axa scutului este instalat un rotor puternic din oțel cu freze, care dezvoltă roca din față. Apoi roca este alimentată într-un transportor, de unde este turnată în cărucioare și transportată printr-un tunel deja construit. Există, de asemenea, scuturi cu un corp de lucru cu găleată - pentru roci mai moi.

Pentru prima dată în URSS, un scut mecanizat experimental a funcționat în construcții în 1949. Linie circulară la Moscova și a construit câteva sute de metri dintr-un tunel pe secțiunea Kiev - Park Kultury. Utilizarea pe scară largă a scuturilor mecanizate a început în a doua jumătate a anilor 50 în raza Riga (scutul mecanizat al așa-numitului design Moscova), la Leningrad de-a lungul întregului traseu (așa-numitul scut Leningrad) și la Kiev (respectiv, scutul Kievului). Diferite modele au fost determinate de soluri diferite: la Moscova - un „sandwich” de calcar/argile jurasice/lut nisipos uscat și lut, la Sankt Petersburg - argile cambriene uscate dense, la Kiev - argile plastice moi.

Pentru excavarea în soluri complexe saturate cu apă, a început să fie folosită chesonajul (lucrare sub presiunea aerului comprimat) a găurii de jos. Munca unui miner a devenit o muncă pricepută a unui operator. Mijloace moderne navigație - giroscoapele și teodolitele laser permit scutului să mențină cu precizie valorile de proiectare ale traseului, atât în plan, cât și în profil. Munca manuală a fost păstrată doar atunci când a fost necesară înlocuirea incisivilor uzați. Recordul mondial de viteză de tunel - 1250 de metri de tunel pe lună - a fost stabilit de scutul serial KT-1-5.6 la șantierul de construcție al tunelului de distilare din Leningrad pe tronsonul de la Pionerskaya la Udelnaya în 1981. În anii 70 - 80, aceste scuturi erau considerate una dintre cele mai avansate din lume.

Atunci când se construiesc tuneluri în soluri instabile saturate cu apă, a fost necesară utilizarea unor metode speciale complexe - scăderea apei, înghețarea solului, ceea ce a redus semnificativ viteza și a crescut costul construcției. Cerințele au devenit din ce în ce mai stricte. Scăderea suprafeței care a avut loc în trecut este acum inacceptabilă, deoarece o rețea uriașă de conducte de apă și gaze circulă lângă suprafața pământului, cabluri electrice, linii de comunicare care susțin viața unui oraș mare.

Scuturile cu așa-numita „presiune a pământului” (EPB, Earth Pressure Balance) nu prezintă toate aceste dezavantaje.

Când scutul este în funcțiune, roca extrasă este mai întâi introdusă într-o cameră etanșă de încărcare a solului. Pământul este îndepărtat din această cameră folosind un transportor cu șurub (ca într-o mașină de tocat carne:) numai atunci când presiunea acestuia în cameră este egală cu presiunea din față, aceasta este monitorizată de senzori speciali. Astfel, se asigură menținerea constantă a presiunii pe față, atât atunci când scutul se deplasează înainte, cât și când cricurile de scut sunt retrase pentru instalarea următorului inel de căptușeală.

Astăzi, tunelurile sunt construite în cele mai dificile condiții inginerești și geologice. În solurile instabile cu nisipuri mișcătoare, cu presiune semnificativă a apei subterane și chiar și subsidența minoră a suprafeței este inacceptabilă, se folosesc complexe de tuneluri cu încărcare hidraulică ("Slurry Shield"). În astfel de complexe, o soluție de bentonită este injectată în partea de fund a găurii sub presiunea necesară (putem vorbi despre zece atmosfere), ceea ce face posibilă menținerea feței într-o poziție stabilă chiar și în cele mai grele soluri cu nisip mișcător. Roca extrasă, zdrobită în pulpă, este îndepărtată împreună cu bentonita printr-o conductă. În camera de separare, roca este separată și soluția de bentonită este recuperată. Solul separat de bentonită este transportat printr-un tunel deja construit, iar soluția de bentonită este returnată în camera de încărcare hidraulică. În funcție de condițiile de excavare și de caracteristicile solului, formularea soluției de bentonită este ajustată în mod constant. Complexul include un laborator chimic care studiază compoziția solului și efectuează modificări corespunzătoare în rețeta soluției.

Dacă este necesar să se efectueze lucrări în zona fundului găurii - înlocuirea tăietorilor cu rotor etc. (apropo, toate aceste lucrări pot fi efectuate din camera de încărcare a solului, adică fiind „în interiorul” scutului), soluția de bentonită din camera de încărcare hidraulică este deplasată de aer comprimat. Rămășițele de bentonită sub formă de peliculă și o pernă de aer comprimat țin fața, în timp ce specialiștii au acces la organele executive ale scutului.

Cu ajutorul complexelor de foraj de tuneluri încărcate hidraulic, tunelurile au fost construite în cele mai dificile condiții inginerești și geologice, un complex similar Victoria a fost folosit pentru excavarea de noi tuneluri prin zona „Eroziune”. Sankt Petersburg. La Moscova, complexul de foraj de tunel Herrenknecht, cu un diametru de 14,2 metri, a finalizat cu succes excavarea unui tunel rutier sub râul Yauza și parcul Lefortovo de-a lungul traseului celui de-al treilea inel de transport. Acum, acest complex excavează un tunel auto-metrou combinat de-a lungul traseului viitorului Krasnopresnensky Prospekt lângă silvicultură Serebryanoborsky.

Richard Lovat, fondatorul companiei de renume mondial LOVAT, a decis ca toate complexele produse de compania sa vor fi purtate. nume feminineîn cinstea patronei mineritului subteran, Sfânta Barbara. Cu el mana usoaraîncepe o tradiție romantică. Acum nume frumoase Nu doar că există plăci cu marca „LOVAT”, ci și complexe de la alți producători. Prin urmare, „Clavdia”, „Katyusha”, „Polina” și „Olga” lucrează la Moscova, „Syuyumbike” și „Altynchyach” (Goldilocks) lucrează la Kazan, iar „Victoria” a depășit eroic condițiile dificile ale „Razmyva” în Sankt Petersburg.

Aici am acoperit doar o mică parte din numărul imens de complexe de tuneluri de scuturi. Există scuturi pentru construcția de tuneluri cu căptușeală monolitică din beton presat, scuturi pentru căptușeală care este comprimată în pământ, scuturi pentru construcția de tuneluri din conducte, microscuturi și chiar complexe de scuturi pentru metoda deschisă de lucru!

Gândirea inginerească nu stă pe loc și astăzi se construiesc complexe de tuneluri combinate care pot funcționa atât în regim hidraulic, cât și în modul de încărcare a solului, pentru a se conforma mai pe deplin condițiilor geologice întâlnite de-a lungul traseului tunelului.

Mulțumim lui Oleg Makarov, Russos și Shturman pentru ajutorul acordat în pregătirea materialului și furnizarea ilustrațiilor.

Etapele construcției metroului:

Alegerea unei locații

În primul rând, metroul este amplasat în zone îndepărtate ale capitalei. Aceasta ia în considerare câți oameni locuiesc acolo și câte locuințe vor fi construite în viitor, precum și dacă există întreprinderile industriale, clustere de afaceri și centre mari de birouri unde oamenii vin la muncă în fiecare zi. Alegerea locației pentru o nouă stație este influențată și de factori precum populația zonelor învecinate și chiar regiunea Moscovei. De multe ori decid să construiască o stație unde traficul de vehicule este cel mai dens.

Sondaj de inginerie

În această etapă, informațiile necesare dezvoltării ulterioare a studiului de fezabilitate al proiectului și documentatie de lucru pentru constructii. Studiile tehnice pentru construcția de metrou ar trebui să includă studii geologice, geodezice, de mediu și alte tipuri de studii, după cum este necesar.

Proiecta

În această etapă, se determină adâncimea, tipurile de structuri și metoda de săpătură. tuneluri subterane, se întocmește documentația de proiectare și deviz. Mai simplu spus, designerii determină „traseul” optim drum subteranși locația stației.

Proiectul este pregătit în așa fel încât construcția să nu deterioreze monumentele de arhitectură, clădirile la suprafață, parcurile și grădinile publice, și în același timp să coste cât mai puțin bugetul. Dacă traseul tunelului trece aproape de instalațiile existente, atunci, dacă este necesar, sunt dezvoltate metode de protecție inginerească a acestor structuri împotriva zgomotului, vibrațiilor și curenților vagabonzi care apar în timpul construcției și exploatării liniilor de metrou.

Constructii

Ce obiecte se află la suprafață determină în principal cât de adânc va ajunge noua stație. Sub autostrăzile stradale, metroul se poate „ascunde” la o adâncime foarte mică - mai puțin de 20 de metri. Aceasta este cea mai economică opțiune și este aleasă pentru majoritatea posturilor noi. Dacă deasupra - cladiri rezidentiale, atunci va trebui să „coborâți” mai adânc.

Distinge metoda inchisa construcția, fără deschiderea suprafeței, și metoda deschisă, în care se construiesc tuneluri și, respectiv, stații în șanțuri și gropi săpate și apoi acoperite cu pământ.

Metoda închisă este utilizată în construcția de linii de adâncime, în principal sunt construite stații metoda deschisa.

Construcția unui metrou „adânc” începe cu așezarea unui puț de mină pentru o cușcă (lift), care va livra muncitori în construcția de metrou și echipamentele necesare „pentru a locul de munca" Platforma care izbucnește în jurul portbagajului poate fi comparată cu o scară uriașă. Aici începe tunelul. Pe același stand, după forare, zeci de tone de pământ sunt transportate la suprafață în fiecare zi.

Cu cât stația este mai adâncă, cu atât este mai scumpă și necesită mai multe resurse. În 2011, la Moscova, s-a decis construirea majorității stațiilor noi folosind metode în cariera deschisă. Este suficient să sapi o groapă, să instalezi structuri din beton, umpleți și așezați piste în interiorul coridorului rezultat. Acest lucru nu este doar mai ieftin, ci și mult mai rapid decât construirea de stații adânci.

Forarea și consolidarea tunelurilor se realizează cu tuburi din fontă sau blocuri de căptușeală din beton armat impermeabil.

Instalarea scărilor rulante

În paralel cu construcția tunelului, se construiește stația în sine și sistemul de tranziție, apoi se pun comunicații în metrou și se instalează scări rulante.

La stațiile de metrou adânci, scările rulante sunt instalate în tuneluri lungi înclinate - ieșiri. Lungime mare Astfel de scări rulante impun cerințe speciale privind rezistența structurii lor și fiabilitatea frânelor.

Pentru instalațiile de mică adâncime, se folosesc scările rulante din podea. Important este ca toate statiile noi sa fie dotate si cu lifturi pentru persoanele cu dizabilitati.

Design interior

Metroul capitalei este considerat pe drept cel mai frumos din lume. În majoritatea țărilor, stațiile sunt utilitare și nu se pot distinge unele de altele. În ciuda faptului că stațiile de metrou din Moscova sunt acum construite conform proiecte standard, pentru fiecare dintre ele este dezvoltată propria soluție specială de arhitectură și design.

Pot fi vizualizate proiecte de proiectare pentru stațiile de metrou din Moscova în construcție.

PROIECTE TIPICE:

Pentru stațiile de mică adâncime, sunt utilizate trei tipuri principale:

Stație boltită, cu peron deschis, fără coloane;

Trava dubla cu coloane in mijlocul peronului (pentru statiile de mica adancime);

Trei trave (pentru stații de mică adâncime).

În centrul Moscovei, datorită densității clădirilor istorice, este folosit tip vechi Există două tipuri de stații adânci - coloană și stâlp.

Tehnologii pentru a ajuta constructorii de metrou

Complexe de foraj de tuneluri

În anii 30, primele stații de metrou din Moscova au fost construite manual: cu târnăcoapă și lopată. Astăzi, constructorii de metrou au tehnologii avansate în arsenalul lor. Pentru a așeza tunelurile de metrou, se folosește o structură complet automatizată, rezistentă, numită „scut plictisitor”. Poate fi comparat cu un „vierme de oțel” care forează o potecă prin stâncă, lăsând în urmă un tunel terminat.

Potrivit legendei, inventatorul primului „scut minier” din lume, englezul Mark Brunel, a venit de fapt cu un astfel de design după ce a privit mai atent „lucrarea” unui vierme obișnuit de navă atunci când a servit în marina. A observat că capul moluștei era acoperit cu o coajă tare, cu ajutorul marginilor zimțate ale căror vierme a găurit în copac, lăsând în urmă un strat protector neted de var pe pereții pasajului.

Ideea unei mașini care a simplificat foarte mult construcția tunelurilor a luat contur în 1817, când împăratul rus Alexandru I i-a cerut lui Brunel să proiecteze un tunel sub Neva la Sankt Petersburg. Adevărat, inginerul nu a reușit niciodată să lucreze în Rusia - în cele din urmă împăratul a decis să construiască un pod în locația prevăzută.

Cu toate acestea, în 1818 a fost brevetat primul scut al lui Brunel, iar în 1825, cu ajutorul acestuia, a început construcția unui tunel sub Tamisa.

În prima zi după deschiderea uimitoarei structuri, 15 mii de oameni au trecut prin tunel. De atunci, Marea Britanie a fost considerată pe bună dreptate pionierul tunelului scutului, iar metoda scutului în sine este literatura de specialitate a primit numele „Londra”.

În țara noastră, un scut de tunel a fost folosit pentru prima dată în construcția metroului în 1934 pentru a excava o secțiune dificilă a primei etape a metroului din Moscova între Piața Teatralnaya și Lubyanka. Și în timpul construcției celei de-a doua etape a metroului din Moscova, 42 de scuturi funcționau deja simultan pe rute - un record pentru volumul de echipamente utilizate. De atunci, peste 70% din tunelurile de metrou ale capitalei au fost construite folosind această tehnologie.

Pe primele panouri, așa cum s-a menționat deja, solul a fost selectat manual de către muncitori folosind un ciocan-pilot și îndepărtat printr-un tunel deja construit pe cărucioare. Pentru a deplasa scutul înainte, s-au folosit cricuri cu șurub, care s-au sprijinit pe secțiunea finită a căptușelii tunelului și au împins mașina înainte.

Dimensiunea tunelurilor a crescut, iar designul „viermelui” s-a îmbunătățit de asemenea: în partea frontală au apărut platforme orizontale, ceea ce le-a permis muncitorilor să dezvolte simultan solul din două (și uneori mai multe) niveluri. Cu toate acestea, din cauza volumului mare de muncă manuală și a accidentelor frecvente, rata de penetrare a lăsat mult de dorit.

Procesul a fost accelerat semnificativ prin utilizarea căptușelii prefabricate din elemente mari - inițial tuburi din fontă. Inelele gigantice care formează tunelurile au început să fie asamblate din mai multe elemente.

Următoarea etapă în „evoluția” complexelor de foraj de tunel a fost dezvoltarea structurilor cu așa-numita „încărcare a solului”. Atunci când funcționează un astfel de scut, roca este mai întâi introdusă într-o cameră etanșă, din care solul este îndepărtat folosind un transportor șurub folosind principiul „mașină de tocat carne”.

Astăzi, tunelurile sunt construite în cele mai dificile condiții inginerești și geologice, iar scuturile moderne sunt proiectate pentru tuneluri în diverse soluri, inclusiv cele instabile. Complexele funcționează în două cicluri: mai întâi dezvoltă solul, apoi construiesc căptușeala, instalând blocurile. Viteza medie de „penetrare” a panourilor astăzi este de 250 - 300 m pe lună, cost mediu- 13 - 15 milioane de euro.

Constructorii de la Moscova au fost primii din lume care au construit tuneluri înclinate pentru zonele de scări rulante folosind scuturi pentru tuneluri. La ordinul lui Mosmetrostroy, compania canadiană Lovat a dezvoltat și fabricat un complex de tuneluri cu un diametru exterior de 11 m. Cu utilizarea acestuia, constructorii de metrou din capitală au efectuat pentru prima dată tuneluri pentru scări rulante. Acest lucru s-a întâmplat la stația Maryina Roshcha de pe linia de metrou Lyublinsko-Dmitrovskaya.

Apropo, viața de zi cu zi a constructorilor de metrouri nu este deloc lipsită de romantism: odată ce Richard Lovat, fondatorul producătorului de renume mondial de scuturi pentru tuneluri LOVAT, a decis că toate complexele produse de compania sa vor purta nume de femei. în cinstea patronatei lucrărilor subterane, Sf. Barbara. Cu mâna sa ușoară s-a născut o tradiție - atribuirea numelor de femei la scuturi. De aceea, la Moscova există mașini cu numele „Claudia”, „Katyusha”, „Polina” și „Olga”.

Rezolvarea problemelor geologice

Cel mai insidios inamic al lucrătorilor minelor subterane este nisipul mișcător: mase de nisip aproape prăfuit amestecat cu 10 - 15% argilă, ca un burete înmuiat în apă.

În anii 30 ai secolului trecut, când în capitală se construia primul metrou, constructorii de metrou se confruntau cu condiții hidrogeologice foarte dificile. În același timp, a fost folosit un sistem împotriva prăbușirii solului și a altor probleme tipice care amenință tunelurile, care până în prezent este considerat unul dintre cele mai atente și de încredere. Vorbim despre înghețarea solului, bazată pe un sistem simplu, dar eficient.

Există mai multe metode de congelare, dintre care cea mai veche este așa-numita „saramură”..

Constă în faptul că șantierul este împrejmuit de masa generală de sol acvifer printr-un zid de permafrost. Pământul înghețat de un metru sau doi grosime la o temperatură de -12 grade poate rezista practic oricărei presiuni a rocii și poate rezista perfect la pătrunderea apei subterane. Cum să faci frigul să treacă în subteran? Acest lucru se realizează cu ajutorul dispozitivelor artificiale de la mașini speciale de refrigerare.

Mașina de refrigerare se bazează pe faptul că agentul frigorific (amoniac lichid, freon etc.), care este eliberat din rezervoare în coloane de congelare pregătite, ia din mediu căldură. Vaporii săi sunt lichefiați din nou folosind un compresor și un condensator, iar frigul format în evaporator este folosit pentru a răci saramura de lucru neînghețată de clorură de calciu. Saramura la o temperatură de -25 de grade intră în sistemul de răcire. Pentru a-l instala, puțurile cu un diametru de 150 - 200 de milimetri sunt forate de-a lungul conturului excavației la o distanță de un metru una de alta. Coloanele de congelare formate din țevi duble sunt coborâte în puțuri. Saramura de congelare intră prin conducta din mijloc, iar prin conducta exterioară, după încălzirea naturală în pământ, revine în mașina frigorifică. Astfel, circulația saramurii are loc continuu.

După aproximativ o lună de funcționare a mașinii de refrigerare, solul din jurul coloanelor individuale de înghețare îngheață într-o masă monolitică, protejând mine de pătrunderea apei subterane și de prăbușirea pereților. Acum mașina de refrigerare trebuie să susțină doar inelul de permafrost până când pereții acestuia sunt excavați și asigurați.

O metodă mai modernă este congelarea la temperatură joasă folosind azot lichid.. Este un lichid incolor, a cărui temperatură de evaporare este foarte scăzută (la presiunea atmosferică este de -195,8 o C).

Azotul lichid este produs la instalații speciale prin lichefierea aerului atmosferic la temperaturi scăzute și apoi separarea acestuia în azot lichid și oxigen, care au temperaturi diferite evaporare. Azotul lichid este transportat în containere speciale (rezervoare).

Spre deosebire de alți agenți frigorifici industriali (amoniac, freon), care pot fi utilizați doar în sistem închis unitate frigorifică, azotul lichid este folosit o singură dată (gazul care se evaporă este eliberat în mediu).

Metoda de congelare la temperatură joasă folosind azot lichid are o serie de avantaje în comparație cu congelarea convențională (saramură). La congelarea cu azot lichid, nu sunt necesare stații de congelare și rețele de conducte. Azotul lichid livrat pe șantier din rezervoare este eliberat direct în coloanele de congelare. Viteza de îngheț crește, ceea ce este deosebit de important la rate mari de filtrare a apelor subterane, precum și la afluxul de ape termale și mineralizate. Pentru a îngheța 1 m 3 de sol cu un conținut de apă de până la 30%, se consumă 1000 de litri de azot lichid. Azotul lichid este rezistent la explozie și foc și non-toxic.

Cu toate acestea, ambele metode au fost utilizate recent destul de rar. Azotul lichid este nerezonabil de scump și este nevoie de mai mult de o lună pentru a „stabiliza” solul. Prin urmare, înghețarea astăzi este folosită numai la excavarea tunelurilor de scară rulantă înclinate.

Pentru alte cazuri, există o alternativă mai avansată și destul de economică - tehnologia jet grouting a solurilor sau jet grouting. Aceasta este o metodă de consolidare a solului, bazată pe distrugerea și amestecarea simultană a solului cu un jet de înaltă presiune de mortar de ciment. Ca urmare a cimentării cu jet a solului, în el se formează coloane cilindrice cu un diametru de 600 - 2000 mm.

Tehnologia a apărut aproape simultan în trei țări - Japonia, Italia, Anglia. Ideea de inginerie s-a dovedit a fi atât de fructuoasă încât în ultimul deceniu s-a răspândit instantaneu în întreaga lume.

Esența tehnologiei este utilizarea energiei unui jet de înaltă presiune de mortar de ciment pentru a distruge și amesteca simultan solul cu mortar de ciment în modul mix-in-place (amestecare la loc). Ca urmare, grămezii se formează în masa solului dintr-un material nou - betonul de sol - cu caracteristici portante și anti-infiltrații suficient de mari.

Construcția piloților de beton de sol se realizează în două etape: mișcare directă (forarea unui puț) și mișcare inversă a garniturii de foraj. În timpul cursei inverse, coloana este ridicată în timp ce se rotește simultan.

Cu ajutorul jet grouting se obține o groapă foarte durabilă și se construiesc fundații de încredere pentru orice structură. Un câmp de grămezi este creat într-un model de șah, o grămadă se suprapune pe alta și rezultatul este un monolit - o piatră. Și poți construi orice pe el. Această tehnologie este eficientă în special atunci când este necesară construirea de obiecte în sol nisipos, argilă moale sau alte soluri moi.

Datorită acestor tehnologii, astăzi constructorii de metrou pot lucra în cele mai dificile condiții geologice, construind tuneluri care duc metroul spre noi zone ale capitalei.

« Preţios » unelte

Construcția metroului nu s-ar putea lipsi de nanotehnologie. Astăzi, constructorii pot folosi instrumente inovatoare - burghie de lucru cu diamante, freze și vârfuri.

Inițial, acest know-how a fost folosit pentru găurirea betonului armat și altele materiale de constructiiși s-a dovedit a fi atât de convenabil încât a început să fie folosit pentru lucrări miniere complexe în sol stâncos. Crește semnificativ nivelul de siguranță a muncii și viteza de penetrare - construcția este literalmente accelerată de mai multe ori. Este interesant că costul echipamentului „diamant” nu este cu mult mai mare decât de obicei - diferența de preț este de doar 10 - 15%.

Instrumentele tradiționale tradiționale nu pot oferi atât de multe beneficii tehnologice. Astfel, un burghiu cu diamant poate face gauri in orice plan si in orice unghi folosind metoda conturului, puteti obtine gauri dreptunghiulare obisnuite de orice dimensiune dorita, ceea ce are ca rezultat un contur ideal; Sculele „prețioase” vă permit să lucrați în cele mai înguste și înguste spații, pot manipula materiale de orice duritate; Important este că metoda este silentioasă și ecologică.

Scut de tunel, sau Complex de foraj de tuneluri(TPK) - un dispozitiv conceput pentru construcția de tuneluri subterane.

Istoria scuturilor

Așa arăta scutul lui Brunel

Primul scut de tunel a fost inventat de inginerul englez Mark Isambard Brunel în începutul XIX secolului, luând ca bază principiul viermelui marin plictisitor de lemn. În 1814, Brunel i-a propus împăratului rus Alexandru I să construiască un tunel sub Neva folosind un dispozitiv nou inventat, dar tiranul înapoiat a preferat un pod banal. Mark Isambard a fost supărat, dar nu prea mult: în 1818 și-a patentat scutul, iar în 1825 a început construcția unui tunel sub Tamisa. De atunci, Marea Britanie a fost considerată pe bună dreptate pionierul tunelului de panouri. Mai mult, metoda scutului în sine este numită „Londra” în literatura de specialitate.

Copie sovietică a scutului englez de pe Piața Teatralnaya din Moscova

În Uniunea Sovietică, scutul a fost construit pentru prima dată în 1934 pentru a excava o secțiune dificilă a primei etape a metroului din Moscova, între Piața Teatralnaya și Lubyanka. În ciuda faptului că propagandiștii sovietici au prezentat acest fapt ca o victorie pentru industria socialistă, de fapt scutul sovietic era o copie a scutului englez de la Markham and Co., care fusese achiziționat anterior pentru valută străină și lucra deja pe același site. .

Ce este curios este că scutul englezesc a ajuns la șantier demontat, desigur, dar fără desene și documente. Întrucât probabilitatea ca britanicii să le încurce este absurdă, xenobiologii moderni cred că inginerii sovietici iscoditori făceau copii ale desenelor chiar în acel moment. Drept urmare, lucrătorii de șoc din Komsomol au fost nevoiți să asambleze scutul englez cu ajutorul barosului, ingeniozității populare, așa și așa o mamă și un consultant străin. Scutul sovietic a intrat în funcțiune literalmente în câteva luni - este destul de evident că este imposibil din punct de vedere fizic să creați un dispozitiv de o asemenea complexitate „de la zero” fără a avea cea mai mică experiență în acest domeniu - chiar dacă tovarășul Kaganovici chiar întreabă.

Construcția scutului

Un scut clasic de tunel constă dintr-un corp de lucru (aceasta este ceea ce folosesc pentru a săpa), o țeavă (pentru ca nisipul și pământul să nu cadă de sus), un montator (asta se folosește pentru a așeza blocuri și nu ceea ce tu gândește) și mufurile care împing scutul departe de tunelul construit.

Clasificarea scuturilor

Din punctul de vedere al alpiniștilor subterani, scuturile sunt împărțite în patru categorii:

O țeavă ruginită cu cricuri care a putrezit cândva pe drumul de la Strogino la Mitino

Teava ruginita cu cricuri

Vechiul scut sovietic din seria Shch sau ShchN. Lucrătorii cu ciocane pneumatice și lopeți sunt folosiți ca corp de lucru. Nu are o valoare deosebită pentru organizația de operare, prin urmare, de îndată ce banii pentru construcție se epuizează, este abandonat așa cum este.

Zeci de dispozitive din această categorie putrezesc sub întinderile vaste ale patriei noastre. Și mai mulți dintre ei putrezesc în depozitele secrete ale construcției metroului. De îndată ce prețul petrolului ajunge la 130 de dolari pe baril, sunt mulți bani pentru construcția de metrouri și există o lipsă catastrofală de scuturi străine, Metrostroy scoate o duzină de țevi ruginite din depozite și le trimite la muncă.

Munca grea manuală este de domeniul trecutului. Astăzi, o structură complet automatizată, rezistentă, numită „scut plictisitor” este folosită pentru a construi tuneluri de metrou. Poate fi comparat cu un „vierme de oțel” care forează o potecă prin stâncă, lăsând în urmă un tunel terminat. Munca grea manuală este de domeniul trecutului. Astăzi, o structură complet automatizată, rezistentă, numită „scut plictisitor” este folosită pentru a construi tuneluri de metrou. Poate fi comparat cu un „vierme de oțel” care forează o potecă prin stâncă, lăsând în urmă un tunel terminat.

Apropo, conform legendei, inventatorul primului „scut minier” din lume, englezul Mark Brunel, a venit de fapt cu un astfel de design după ce a aruncat o privire mai atentă la „lucrarea” unui vierme obișnuit de navă când a slujit. în marina. A observat că capul moluștei era acoperit cu o coajă tare, cu ajutorul marginilor zimțate ale căror vierme a găurit în copac, lăsând în urmă un strat protector neted de var pe pereții pasajului.

Ideea unei mașini care a simplificat foarte mult construcția tunelurilor a luat contur în 1817, când împăratul rus Alexandru I i-a cerut lui Brunel să proiecteze un tunel sub Neva la Sankt Petersburg. Adevărat, inginerul nu a reușit niciodată să lucreze în Rusia - împăratul a decis în cele din urmă să construiască un pod în locul destinat

Cu toate acestea, primul scut al lui Brunel a fost brevetat în 1818, iar în 1825, cu ajutorul acestuia a început construcția unui tunel sub Tamisa.

În prima mașină, solul a fost selectat de 36 de mineri simultan, fiecare situat în propria lui celulă. După excavarea solului câțiva centimetri, scutul a fost deplasat ușor înainte. Aceasta nu a fost o treabă ușoară, având în vedere infiltrațiile constante de apă (fundul râului era situat la doar câțiva metri deasupra arcurilor acestui tunel dublu). Câteva inundații din mină au pierdut viața a șapte muncitori, iar într-o ocazie fiul lui Brunel aproape că a murit. Mai mult decât atât, gazul de mlaștină a izbucnit de mai multe ori pe un șantier subteran. Și totuși lucrarea s-a încheiat cu triumf. În prima zi după deschiderea uimitoarei structuri, 15 mii de oameni au trecut prin tunel. De atunci, Marea Britanie a fost considerată pe bună dreptate pionierul tunelului scutului, iar metoda scutului în sine a fost numită „Londra” în literatura de specialitate.

În țara noastră, un scut de tunel a fost folosit pentru prima dată în construcția de metrou în 1934 pentru a excava o secțiune dificilă a primei etape a metroului din Moscova între Piața Teatralnaya și Lubyanka.

Și în timpul construcției celei de-a doua etape a metroului din Moscova, 42 de scuturi funcționau deja simultan pe rute - un record pentru volumul de echipamente utilizate. De atunci, peste 70% din tunelurile de metrou ale capitalei au fost construite folosind această tehnologie, adică toate stațiile de mică adâncime. Constructorii de la Moscova au fost primii din lume care au construit tuneluri înclinate folosind scuturi de foraj de tuneluri.

Procesul a fost accelerat semnificativ prin utilizarea căptușelii prefabricate din elemente mari - inițial tuburi din fontă. Inele gigantice care formează tuneluri au început să fie asamblate din mai multe elemente

Astăzi, tunelurile sunt construite în cele mai dificile condiții inginerești și geologice, iar scuturile moderne sunt proiectate pentru tuneluri în diverse soluri, inclusiv cele instabile. Complexele funcționează în două cicluri: mai întâi dezvoltă solul, apoi construiesc căptușeala, instalând blocurile. Viteza medie de penetrare a scuturilor astăzi este de 80-100 m pe lună, costul mediu este de 20 de milioane de euro.

Metroul are nevoie și de tuneluri înclinate pentru zonele scărilor rulante. La cererea lui Mosmetrostroy, compania canadiană Lovat a dezvoltat și fabricat un complex de foraj de tuneluri cu un diametru exterior de 11 m pentru așezarea tunelurilor de scară rulantă. Folosind unitatea, constructorii de metrou din capitală au fost primii din lume care au realizat tuneluri de scuturi pentru scările rulante. Acest lucru s-a întâmplat la stația Maryina Roshcha.

Apropo, viața de zi cu zi a constructorilor de metrouri nu este deloc lipsită de romantism: odată ce Richard Lovat, fondatorul producătorului de renume mondial de scuturi pentru tuneluri LOVAT, a decis că toate complexele produse de compania sa vor purta nume de femei. în cinstea patronatei lucrărilor subterane, Sf. Barbara. Cu mâna sa ușoară s-a născut o tradiție - atribuirea numelor de femei la scuturi. De aceea, „Claudia”, „Katyusha”, „Polina” și „Olga” lucrează la Moscova.

Câteva despre înregistrările „panou”: cel mai mare complex de tuneluri din lume este o mașină cu un diametru de 19 metri, care într-o lună poate așeza 250-300 de metri de tunel pe două niveluri, găzduind patru benzi ale unei autostrăzi și o linie de metrou. . Un asemenea miracol gigantic al tehnologiei costă 60-100 de milioane de euro.

Și totuși, conducerea în utilizarea sistemelor de foraj de tunel aparține Moscovei. În capitală, scutul companiei Herrenknecht cu un diametru de 14,2 m a finalizat cu succes excavarea primului tunel auto-metrou combinat din Rusia de-a lungul rutei Zvenigorodsky Prospekt de lângă Serebryany Bor. Din cei 2,5 km ai traseului, 1,5 au fost parcursi prin metoda scutului.

Astăzi, subteranul Moscova s-a transformat într-un șantier uriaș de construcții - până în 2015, se plănuiește construirea a peste 70 km de linii de metrou în metropolă. Tunelurile pentru noul metrou din Moscova sunt săpate de peste 20 de complexe uriașe - „aluniță”, asigurând viteză mare și calitatea muncii - iar armata acestor mașini de neînlocuit va fi completată, astfel încât până în 2020 lungimea liniilor de metrou să crească. de 1,5 ori - până la 451,2 km.

La pregătirea materialului, s-au folosit fotografii ale bloggerilor livejournal: Alexander „Russos” Popov, Vadim Makhorov și Nikolai „Stomaster”.

Dedicat celui mai mare scut de tunel din lume al companiei germane „Herrenknecht AG”.

Tunel scut Herrenknecht

Un scut de tunel gigant cu un diametru de 15,2 metri este folosit pentru a așeza un tunel rutier prin centrul Madridului, acesta trece până la 22 de metri pe zi. Tunelul (=tunel) are 3.650 de metri lungime și ar trebui să scutească capitala Spaniei de blocajele de trafic.

Scut de tunel de la Herrenknecht AG, Germania

Compania Herrenknecht AG (Germania) produce echipamente de foraj de tuneluri pentru realizarea de tuneluri pentru diverse scopuri în orice condiții hidrogeologice. Peste 1.000 de mașini de forat microtunel Herrenknecht cu un diametru de până la 4,2 m, precum și aproximativ 350 de sisteme de forat tunel cu un diametru de peste 4,2 m, au fost vândute în întreaga lume.

La Moscova, sunt în funcțiune aproximativ 35 de instalații de foraj de microtunel ale companiei Herrenknecht AG cu un diametru de 400 până la 2.000 mm, precum și ~15 instalații în alte orașe ale Rusiei. Apropo, la Moscova, un scut de tunel german Herrenknecht S-250 cu un diametru de 14,2 m lucrează la construcția tunelului Serebryanoborsky cu două niveluri.

Cele mai lungi tuneluri:

Tunelul de bază Gotthard ( Tunelul de bază al Gotthard, GBT, Elveția) - tunel feroviar. Conform proiectului, lungimea acestuia este de 57 km (lungimea totală, inclusiv pasajele de serviciu și pietonale, este de 153,5 km). După finalizarea construcției în 2016-2017. GBT va fi cel mai lung tunel feroviar din lume. Pentru a tăia pietrele, se folosesc 6 scuturi puternice de tunel, capabile să treacă până la 25-30 de metri pe zi.
Cel mai lung tunel de astăzi este tunelul japonez Seikan ( Tunelul Seikan), care leagă insulele japoneze Honshu și Hokkaido. Lungimea tunelului, deschis traficului pe 13 martie 1988, este de 53,9 km.