книги / Строительство подземных сооружений в городах

Микрощиты широко используют не только при проведении новых микротоннелей, но и для реновации и ремонта существующих трубопроводов, в частности для замены износившихся керамических канализационных труб с предварительным их разрушением, дроблением и измельчением рабочим органом щита. Для этого в микрощит встраивают коническую микродробилку. Керамическую крошку, прошедшую через дробилку, в измельченном состоянии транспортируют по микротоннелю с помощью шнека. Таким образом, замену старого, износившегося канализационного трубопровода осуществляют не путем прокладки нового параллельно существующему, а по трассе старого коллектора. Идеи микротоннелирования и их практическая реализация находят широкое распространение в мировой практике тоннелестроения.

Микротоннели для прокладки подземных коммуникаций, в обобщенном варианте называемые продуктопроводами, в нормативной документации подразделяют по принципу возможности нахождения человека в рабочем пространстве на проходные, т.е. пригодные для прохода человека, и непроходные. Установлены следующие нижние пределы размеров для проходных трубопроводов, мм:

Кчислу достоинств микрощитовой технологии следует отнести следующие:

1.Минимальные размеры стройплощадки при прокладке подземных коммуникаций.

2.Минимальные размеры площадки для хранения возводимых конструкций (труб, секций продавливания).

3.Минимальная численность обслуживающего персонала;

4.Высокий уровень механизации и автоматизации производственных

процессов;

5.Возможность применения МЩТ практически для любых грунтов и даже некрепких скальных пород.

6.Высокие темпы прокладки трубопроводов.

Недостатками МЩТ являются:

1.Высокие требования к квалификации персонала.

2.Невозможность замены в процессе продавливания трубопровода его участков, разрушенных в результате аварии.

3.Возможность извлечения микрощита из тоннеля только в самом начале проходческих работ. В случае выхода микрощита из строя во время проходки его извлечение связано со вскрытием поверхности, что сложно осуществить под железнодорожными путями или водоносными горизонтами.

4.Требование отсутствия в грунте твердых включений (валуны, булыжник, старые фундаменты и т.д.), так как они могут стать непреодолимым препятствием для проходческих работ.

Развитие и практическое освоение микрощитовой технологии началось в Японии в 70-х гг. В 1979 г. ее применили в ФРГ, в 1986 г. — в Великобритании, в 1989

г.— во Франции. Объем работ в Японии в 1985 г. составил 298 км, в 1989 г. — 650 км, а в настоящее время составляет 1500 км в год. Ведущая фирма «Исэки Поли-Tex» в начале 90-х гг. выпустила 542 комплекса для проведения микротоннелей диаметрами

от 250 до 900 мм.

91

3.3.1. Принципиальная схема микрощитовой технологии

Для проведения микротоннеля сооружают две камеры (шахты): стартовую и конечную. Их глубина соответствует глубине заложения микротоннеля.

Стартовая камера представляет собой обычно круглый колодец диаметром 2,5 - 3,5 м, при прямоугольном поперечном сечении она имеет габариты 7 х 3,5 или 5 х 3,5 м, конечная камера — 3 х 2,8 или 3,5 х 3,5 м.

Камеры (шахты) возводят по типовой технологии, нередко методом опускных секций. Рядом с шахтой либо над ней располагают контейнер, в котором находится пульт управления ведением щита и другое оборудование. Проходческие работы начинают от стартовой шахты и заканчивают в конечной, где осуществляют вывод комплекса из микротоннеля и его демонтаж. Микрощитовой комплекс изображен на рис. 3.10.

Основным элементом комплекса является микрощит — полый цилиндр диаметром 250—800 мм, оборудованный роторным исполнительным органом. Микрощит в конструктивном отношении представляет собой результат последовательной миниатюризации рабочего органа и основных узлов и автоматизации механизированных щитов обычных диаметров. Конструкция рабочего органа варьируется в зависимости от физико-механических свойств грунта. За щитом располагается обделка микротоннеля — колонна труб, состоящая из отдельных секхщй, продавливаемая вслед за щитом. Микрощит оснащен механизмом ведения по трассе. Внутри трубы расположен шнековый транспортер или два трубопровода, по которым в щитовую камеру подают глинистый раствор и отводят его к стартовой камере.

Микрощит обеспечивает:

разработку грунта, в том числе и водонасыщенного, а также имеющего твердые включения;

измельчение разработанного грунта до размеров, необходимых для его транспортирования, для чего в щит встроена коническая дробилка;

возможность изменения условий и величины давления под режущим инструментом;

- крепление призабойной части микротоннеля.

Рабочий орган микрощита отличается многообразием конструкций. Это может быть диск с резцами, откидными режущими лопастями.

Перемещение микрощита вперед по трассе осуществляют путем продавливания става труб, по которому передаются значительные усилия от продавливающей установки, расположенной в стартовой камере. При этом необходима высокая прочность и жесткость става. Наиболее ответственными узлами плети трубопровода являются стыки и швы.

Стыки труб должны обладать долговременной стойкостью против возможных химических, бактериологических, термических и механических воздействий. Стыки канализационных трубопроводов, кроме того, должны быть абсолютно водонепроницаемы, устойчивы к биолого-механическим воздействиям (например, от прорастающих корней деревьев и т.п.).

92

3.3.2. Схемы производства работ

Комплекс работ по прокладке трассы продуктопроводов способом микротониелирования состоит из операций по проведению в грунте тоннеля, возведению его надежного крепления и монтажу в нем продуктопроводов.

В основе схем лежит последовательность выполнения работ по проведению микротоннеля и укладке продуктопроводов.

Применяют две схемы: одноступенчатую и двухступенчатую.

При одноступенчатой схеме став труб, применяемый при ведении проходческих работ, в дальнейшем используют в качестве продуктопровода (рис. 3.11). Трубопровод должен воспринимать все возникающие нагрузки, усилия давления и обеспечивать плотность системы.

При двухступенчатой схеме сначала проводят тоннель с возведением обделки, затем в сечении готового микротоннеля монтируют предусмотренное число ниток продуктопроводов. При этом двухступенчатая схема имеет три варианта: пилотный, последовательный и вариант укладки продуктопровода по месту. Работы ведут в два этапа. На первом этапе между камерами бурят или продавливают пилотную скважину, на втором — осуществляют расширение

Рис. 3.11. Одноступенчатая схема прокладки труб: 1 — конечная камера; 2 — буровая и управляемая головки;

3 — продуктопровод; 4 — стартовая камера; 5 — силовая станция; 6 — поверхность земли.

/. Пилотный вариант (рис. 3.12)

1

Рис. 3.12. Двухступенчатая схема прокладки труб (пилотный вариант): а и б — пилотная и расширительная ступени; 1 — конечная камера; 2 — пилот-труба; 3 — поверхность земли; 4 — стартовая камера; 5 — режущая головка; 6 — труба расширения; 7 — силовая станция.

94

2. Последовательная укладка (рис. 3.13)

Через проложенный в виде стальной трубы микротоннель протягивают одну или несколько ниток продуктопроводов. При необходимости зазор между продуктопроводами и кольцом обделки омоноличивают. Это наиболее простой вариант с невысокими строительными требованиями к продуктопроводу.

1 2 3 4 / 5 П

Рис. 3.13. Последовательная прокладка труб по двухступенчатой схеме:

1— конечная камера; 2 — стальная защитная труба; 3 — поверхность земли; 4 — стартовая камера; 5 — продуктопровод; 6 — силовая станция.

3. Укладка по месту (рис. 3.14)

Этот вариант реализуют путем использования става труб для проталкивания микрощита с заранее вставленным отрезком продуктопровода, стыки в котором уплотняют при наращивании става проталкиваемых труб.

5 4

Рис. 3.14. Укладка продуктопровода по месту (двухступенчатая схема): 1 — конечная камера; 2 — стальная защитная труба; 3 — поверхность земли; 4 — стартовая камера; 5 — продуктопровод

Расширение продуктопровода производится микрощитом до проектных размеров с демонтажем пилотной трубы из конечной камеры. Требования к трубопроводу такие же, как при одноступенчатой схеме.

95

В качестве примера ниже приведены параметры микрощитового комплекса АУ1Ч 400 фирмы «Херренкнехт ГМБХ» (рис. 3.15).

Диаметры микротоннеля: наружный — 568 мм, внутренний — 400 мм. Использовали полимербетонные трубы. При соединении секций труб применяли специальные уплотнители и полимерные соединительные кольца. Конструкция стыка

ирасположение уплотнителей показаны на рис. 3.8. Протяженность трассы около 300 м. Трасса трубопровода залегает на глубине от 3,72 до 4,54 м в основном в водонасыщенных древнеаллювиальных мелких и средней крупности песках I группы

иглинистых песках с коэффициентом фильтрации 1 -6 м/сут и частично в насыпных суглинках с щебнем. Расчетное сопротивление древнеаллювиальных песков составляет 150 - 250 кПа. Высота столба воды относительно оси трубопровода изменяется по трассе от 0,5 до 1,6 м.

Комплект оборудования и отдельные его блоки имели следующие технические характеристики:

Масса всего комплекта оборудования АУЫ 400 (с трубами для воды и пульпы) составляет 35 т, в том числе:

Максимальное давление, создаваемое в гидросистемах привода вращения рабочего органа домкратов прессоупорной рамы, управляющих гидроцилиндров и гидроцилиндра байпаса достигает 50 Мпа.

96

3.3.3. Прокладка подземных коммуникаций методом прокола и его сущность

Проколом называется способ прокладки трубопроводов или образования скважин в грунте под действием приложенного усилия без удаления грунта, за счет его объемного сжатия и уплотнения вокруг трубы или в стенках скважины.

Различают статический и динамический проколы.

При статическом проколе внедрение труб в грунтовый массив осуществляют гидродомкратными установками или полиспастными системами.

Прокол осуществляют без удаления грунта из труб, но он может быть выполнен также с извлечением грунта после прокладки трубопровода на полную длину. В первом случае передний торец прокладываемой трубы перекрывают заглушкой или глухим конусным оголовком, выполненным с помощью сварки из самой трубы, или съемным конусным наконечником, а во втором — трубу прокладывают с открытым торцом, и грунт полностью ее заполняет.

Очистку труб можно осуществлять и периодически по мере их перемещения в грунте. С этой целью первую прокладываемую трубу оснащают наконечником с прорезями, через которые грунт попадает внутрь трубы, а затем его удаляют.

При статическом проколе развиваются значительные напорные усилия, что и ограничивает диаметр прокладываемых трубопроводов до 300 — 400 мм и их длину — до 40 - 60 м.

При динамическом проколе прокладку трубопроводов или образование скважин выполняют с помощью пневмопробойников или пневмо- и гидромолотов за счет их ударно-импульсного воздействия на грунт.

Применение отечественных пневмопробойников позволяет прокладывать трубопроводы или скважины диаметром от 70 до 240 мм за один проход. В некоторых конструкциях предусмотрено использование расширителей, позволяющих при повторном проходе пневмопробойника увеличивать диаметр скважин от 100 до 300400 мм. В зависимости от геологических условий длина прокола может достигать 2040 м. В зарубежной практике используют пневмопробойники диаметром 45 - 400 мм.

Кроме прокладки трубопроводов и образования скважин пневмопробойники применяют для разрушения старых труб с одновременной их заменой новыми того же или большего диаметра, а также для забивания труб в грунт и других работ.

Более мощными механизмами являются пневмо- и гидромолоты. С их помощью можно прокладывать (забивать в грунт) трубы диаметром от 200 до 1200 - 2000 мм на длину до 50 м.

Прокол можно осуществлять в широком диапазоне геологических условий, но лучших результатов достигают в однородных глинистых и суглинистых (связных) грунтах.

При статическом или динамическом проколе используют, как правило, стандартные металлические трубы диаметром от 159 до 1720 - 2000 мм с толщиной стенок 9 - 2 0 мм.

Проложенные трубы чаще всего служат защитными футлярами для размещения внутри них рабочих трубопроводов тепло-, газо-, водоснабжения и других или кабелей различного назначения, предохраняя последние от воздействия внешних нагрузок, агрессии грунтовых вод и блуждающих электрических токов. Футляры позволяют при необходимости заменять или ремонтировать проложенные в них рабочие трубопроводы или другие коммуникации без вскрытия земной поверхности и нарушения интенсивности движения автомобильного или железнодорожного транспорта.

98

Идеи прокола используют также и при строительстве тоннелей и других подземных сооружений практически любых форм и размеров в виде различных защитных экранов, образованных из прокладываемых труб в кровле или по контуру подземного сооружения.

3.3.4. Грунтопрокалывающие установки иустройства

При статическом проколе можно вести прокладку трубопропроводов-футляров или скважин в различных грунтах, включая и гравелистые III категории по СНиП независимо от их влажности, рис. 3.16. В песчаных грунтах из-за больших напорных усилий на торец трубы эффективность прокола резко снижается, а при наличии крупных валунов и в мерзлых грунтах применение этого способа невозможно.

Поскольку при проколе возможно выпучивание грунтов, исходя из условий сохранения земной поверхности, минимальную глубину заложения трубопроводов или скважин следует принимать равной пяти их диаметрам.

Для создания напорного усилия, необходимого для продвижения трубы в грунте применяют, как правило, гидродомкратные установки, реже — полиспастные системы и другое оборудование.

Рис. 3.16. Принципиальная схема способа статического прокола грунта трубами:

1 — конусный наконечник; 2 — приямок для осуществления сварочных работ; 8 — зумпф; 4 — труба-футляр; 5 — направляющая рама с подкладками

(шпалами); 6 — промежуточный нажимной патрубок; 7 — гидродомкрат; 8 — опорный башмак гидродомкрата; 9 — упорная стенка; 10 — насосная станция; 11 — трубки разводящей гидросистемы; 12 — промежуточная нажимная заглушка; 13 — торцевая заглушка;

14 — рабочий котлован; 15 — крепление передней стенки рабочего котлована; 16 — закрепленный обводной лоток; 17 — крепление приемного котлована; 18 — приемный котлован.

99

Гидродомкраты приводят в действие с помощью насосов высокого давления. Для обеспечения заданного направления перемещения трубы в грунте в

комплект грунтопрокалывающей установки входит направляющая рама, изготавливаемая из деревянных брусьев, шпал, рельсов или профилированного проката. Длина такой рамы должна быть на 1 - 1,5 м меньше длины стандартной трубы. Передача напорных усилий от гидродомкратов на торец трубы осуществляется посредством нажимных заглушек, зажимных (винтовых, шарнирных и клиновых) хомутов, промежуточных нажимных патрубков, штанг (шомполов), а реактивные усилия воспринимаются опорными башмаками гидродомкратов и гасятся упорной стенкой рабочего котлована.

Заглушки изготавливают из отрезков труб длиной 0,3 м, закрытых с обоих концов фасонными фланцами. Промежуточные нажимные патрубки также изготавливают из отрезков труб (обычно такого же диаметра, что и прокладываемые) с фланцами на концах, но их длина составляет 1, 2, 3 и 4 м. Набор патрубков обеспечивает прокладку стандартных звеньев труб длиной до 10 м.

Диаметр нажимных штанг (шомполов) составляет 0,5 - 0,7 диаметра прокладываемой трубы, а их длину принимают приблизительно равной длине звена трубы. В стенке штанги разделывают отверстия под вставные упорные штыри (пальцы), расстояние между которыми должно быть на 150 - 200 мм меньше рабочего хода штоков гидродомкратов.

При рабочем ходе штоков и зафиксированном положении пальцев трубу вдавливают в грунт, а при холостом — штангу вытягивают из трубы и пальцы

переставляют в следующий ряд отверстий.

11 12 13

I'lJl'iyi'tT'I1I11П11"ФТГ'ГФР777

Шты

j a

Рис. 3.17 Схема грунтопрокалывающей установки СКВ Мосстроя:

1— инвентарная упорная стенка; 2 — укосина (подпорка); 3 — подвижной упор; 4 — гидродомкрат; 5 — нажимная пята;

6 — выступы под разные диаметры труб; 7 — направляющая рама; 8 — кулаки; 9 — регулировочные винты; 10 — технологическая тележка;

11 — насосная станция; 12 — рабочий котлован; 13 — прокладываемая труба.

100