Щитовий спосіб прокладання трубопроводів і колекторів

Щитовий і штольний засіб використовується при прокладанні трубопроводів і тунелей значного діаметру та довжини.

Щитова прокладка, застосовувана при влаштуванні колекторів і тунелів, передбачає розробку ґрунту під прикриттям щита і закріплення тунелю збірними чавунними і залізобетонними тюбінгами або монолітним бетоном, керамічними блоками.

Щитову проходку ведуть зазвичай за допомогою прохідницького щита, виготовленого у вигляді металевої оболонки, внутрішній діаметр якої дорівнює зовнішньому діаметру споруджуваного трубопроводу (колектора). Щит складається з трьох основних частин: передня - ріжуча клиноподібна форма з козирком або без нього, середня - опорна, де розміщуються домкрати, і задня – хвостова, щит вдавлюється в ґрунт гідравлічними домкратами, а ґрунт перед щитом розробляють ручним або механічним способом.

Спорудження трубопроводу (колектора) виконують у хвостовій частині щита. Для щитової проходки застосовують прохідницькі щити декількох видів (рис. 4.29) з зовнішнім діаметром 2...5 м, які залежно від способу розробки ґрунту в забої і його транспортування поділяються на механізовані, частково-механізовані і немеханізовані. Механізовані щити більш продуктивні, але складніші в експлуатації, а немеханізовані відрізняються простотою в управлінні і широко застосовуються при проходці колекторів діаметром до 2, 5 м.

Немеханізовані прохідницькі щити конструктивно в основному однакові, хоча і бувають декількох різновидів - з відкритою і закритою головною частиною, жорсткими ґратами і горизонтальними полками. У щиті з відкритою головною частиною діаметром 2 м (рис. 4.29, а) для зрізання ґрунту та проходження щита ріжуча частина оснащена козирком з клиновидним ножем. Щит періодично просувають вперед за допомогою гідравлічних домкратів, розташованих по периметру щита і упираються своїми штоками в раніше укладені елементи тунельної обробки. Опорна частина, розташована посередині щита, забезпечує йому необхідну міцність і жорсткість, а під захистом хвостовій частині монтують одне-два збірного кільця або споруджують монолітну ділянку колектора.

Швидкість проходки тунелів немеханізованими щитами в залежності від діаметру розробки, категорії ґрунту, числа і типу домкратів, потужності насосної установки коливається від 0, 8 до 1, 2 м/зміну.

Механізовані щити (рис. 4.29, б) мають механізми для розробки ґрунту, укладання блоків і подачі розробленого ґрунту на вантажні засоби. Робочі органи щитів можуть бути, наприклад, роторними (рис. 4.29, б), штанговими, екскаваторними, гідромеханічними. У щиті з роторним робочим органом в результаті його обертання ґрунт, зруйнований різцями, безперервно підхоплюється спіральними лопатками і через приймальне вікно надходить на стрічковий конвеєр, а потім у візки зі знімними кузовами. Робочий орган за допомогою гідравлічних домкратів висувається вперед на відстань до 1 м незалежно від руху щита одночасно з переміщенням конвеєра-перевантажувача.

Рис. 4.29. Прохідницькі щити:

1, 7 − ріжуча (ножова) частина з козирком; 2 − опорна частина; 3 − хвостова частина; 4 − гідравлічні домкрати; 5 − напірна труба, що подає робочу рідину; 6 − розподільна трубка; 8 − підземна виробка; 9 − кільця; 10 − стрічковий конвеєр-перевантажувач; 11 − сталевий корпус; 12 – електродвигун; 13 – зубчасте колесо; 14 − приймальне вікно; 15 − роторна конусна частина; 16 − знімні різці; 18 − неповоротний циліндр; 19 – візки

Після розробки забою на довжину одного кільця робочий орган відводять назад, щит просувають вперед і в хвостовій частині з допомогою бетоно- або блоко-укладчика укладають чергове кільце.

Видалення ґрунту на поверхню і подача матеріалів (збірних елементів, цементу тощо) до щита виконується засобами горизонтального внутрішнього (двовісні візки зі знімними кузовами, вагонетки, візки-блоковозки, електрокари) та вертикального (підйомники, стрілові крани і т. д.) транспорту.

Механізований щит з екскаваторним робочим органом розробляє ґрунт за принципом зворотної лопати. Ґрунт з ковша вивантажується на стрічковий конвеєр і потім у візки внутрітуннельного транспорту.

Щито-прохідницькі роботи виконують зазвичай в три стадії. На першій (підготовчої) влаштовують монтажну або початкову шахту для опускання щита в забій, підводять електроенергію, влаштовують вентиляцію і т. п. Прокладають також шляхи для відкатки ґрунту, обладнують шахтний двір (рис. 4.30). Після закінчення будівництва трубопроводу (колектора) щит з нього виводять і піднімають на поверхню через демонтажну або кінцеву шахту. Іноді також влаштовують проміжні шахти для подачі матеріалів, видачі ґрунту та вентиляції забою. У початковій шахті влаштовують пальовий упор і монтують на проектної позначки прохідницький щит. На другій стадії починають проходку - пересувку щита, що включає розробку ґрунту в забої, просування щита, монтаж блокової або зведення монолітного огородження. На третій стадії, якщо тунель використовується як самопливний трубопровід (каналізаційний колектор), всередині нього влаштовують лоток.

Рис. 4.30. Схема організації майданчики при щитовій проходці тунелю:

1 − відвал ґрунту; 2 − складування тюбінгів; 3 – розчино змішувач; 4 − бак для води; 5 − ємність для цементу; 6 − робоче місце кранівника; 7 − кран; 8 − місце сигнальника; 9 − табличка з переліком встановлених сигналів; 10 − компресор; 11 − дошка виміру газу; 12 − пункт електроживлення; 13 − вентиляційна установка

Введення щита в забій. Щит в шахту опускають стріловим краном потім внизу встановлюють його в напрямку проходки. Безпосередньо в забій щит вводять за допомогою гідравлічних домкратів, упирається в спеціально влаштовану тимчасову опору (упор). У міру розробки ґрунту і просування щита встановлюють блокове огородження по всьому периметру колектора.

Огородження тунелів (колекторів) влаштовують зі збірних елементів (блоків або тюбінгів), а також монолітного бетону та залізобетону. Оброблення з тюбінгів, що встановлюються без зв'язків, найбільш економічне. Роботи з влаштування огородження тунелю починають з укладання лоткових блоків, а потім по обидві сторони монтують бокові блоки і на закінчення встановлюють замковий блок. В щитах діаметром до 2, 6 м блоки укладають вручну, а в щитах великих діаметрів - механічними блокоукладчиками з гідравлічним або електричним приводом. В щитах діаметром 3, 6 м блокоукладчик прикріплений безпосередньо до щита. Укладання тюбінгів ведуть знизу в обидві сторони вгору до замка. При пересуванні щита відбувається обтиснення тюбінгового огородження, після чого шви між тюбінгами зачеканюють.

На закінчення насосом під тиском 1, 5...2 МПа нагнітають розчин за огородження, що необхідно для додання кільцю більшої жорсткості (щоб уникнути його самовільного осідання) та заповнення розробленого простору.

Останнім часом досить широко використовують огородження з монолітного бетону, особливо з прес-бетону. Для отримання монолітно-пресованого огородження з прес-бетону в хвостовій частині щита встановлюють опалубку, за яку нагнітають бетон. Цей спосіб дозволяє відразу ж отримати готове огородження колектора з гладкою водонепроникною поверхнею, що не вимагає обробки, в той час як для збірного огородження необхідне проведення додаткових оздоблювальних робіт. Крім того, цей спосіб забезпечує надійне заповнення простору між огородженням і породою, дає економію арматурної сталі і дозволяє знизити витрати праці.

Прокладка трубопроводів у тунелях щитової проходки. Коли щитову проходку використовують для влаштування переходів, в них прокладають самопливні і напірні трубопроводи різних діаметрів. Керамічні і бетонні труби укладають в тунелі на основу з бетону, а вільний простір заповнюють піском або бетоном. Для подачі бетону використовують бетононасоси, а при заповненні піском роблять піщано-глиняну суміш і подають її у тунель розчинонасосом. Чавунні і сталеві трубопроводи в тунелі укладають методом нарощування. Труби по тунелю переміщують на спеціальних візках.

Контрольні запитання

1. Які є способи будівництва трубопроводів через штучні перешкоди, їх переваги та недоліки?

2. Яка технологія виконання робіт методом проколу?

3. Яка технологія виконання робіт методом продавлювання?

4. Яка технологія виконання робіт методом горизонтального буріння?

5. Що таке щитовий спосіб прокладання, його суть?

6. Які додаткові заходи з охорони праці при без траншейному прокладання трубопроводів?