СПОСОБ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКИ ТОННЕЛЯ
METHOD FOR SHIELD DRIVING OF TUNNEL

Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству, в частности к щитовой проходке тоннелей, и может быть использовано в том числе при щитовой проходке проходных коллекторных тоннелей с бетонной обделкой.
Одной из существеннейших задач, стоящей перед эксплуатационной службой городских коллекторных сетей, является создание новых и поддержание в рабочем состоянии обделки действующих инженерных и коллекторных тоннелей. Технологичность и трудоемкость строительства и тех и других тоннелей, особенно в водонасыщенных грунтах, а также долговечность тоннельной обделки во многом зависят от качества материала, гидроизоляции и соответственно количества грунтовой воды, проникающей в тоннель.
Борьба с просачивающимися грунтовыми водами может вестись путем повышения качества обделки тоннеля за счет применения дорогостоящих, но надежных материалов, как это следует из авт. св. СССР N 620524, кл. E21D 9/00, 1978. Недостатком такого способа строительства является высокая стоимость тоннеля и возможность строительства тоннелей небольшой протяженности.
При сооружении тоннелей в водонасыщенных грунтах широко распространен способ щитовой проходки тоннеля, заключающийся в разрушении породы забоя, удалении разрушенной породы, формовании бетонной обделки тоннеля и последующей гидроизоляции внутренней поверхности обделки тоннеля. При этом первоначально сооружают монтажную камеру для сборки щита. Поскольку участок тоннеля прокладывают большей частью прямолинейно, в месте изменения направления тоннеля сооружают поворотную камеру, в которой производят разворот щита (см., например, патент Японии №7150899, 1995).
Сооружение в водонасыщенных грунтах щитовых камер производят, как правило, способом «стена в грунте», при котором устройство котлована и сооружение бетонных стен камер производится под защитой тиксотропного раствора. В этих условиях при наличии в камере тиксотропного раствора обеспечение выполнения и герметизации входных и выходных отверстий коллекторного тоннеля в стенах камер представляет значительные трудности. Это объясняется тем, что при сооружении стен камер из железобетонных конструкций необходимо пробивать входное и выходное отверстия заблаговременно перед входом или выходом щита в тоннель. Проделывать эти отверстия, как правило, приходится вручную, поскольку рабочий орган щита не в состоянии разрушить железобетонную стену. В том случае, если стена возводится без арматуры, долговременное поддержание в рабочем состоянии камеры не представляется возможным (см., например, патент США №4052859, кл. E21D 9/06).
Изобретение направлено на решение задачи по созданию способа щитовой проходки тоннеля, позволяющего надежно и с меньшими затратами производить сооружение тоннеля и его гидроизоляцию.
Технический результат, который может быть получен при использовании способа, заключается в повышении скорости сооружения подземных коммуникаций при одновременном повышении надежности сооружаемого тоннеля.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе щитовой проходки тоннеля инженерных коммуникаций, заключающемся в сооружении методом «стена в грунте» щитовых камер для сборки, поворотов и демонтажа щита на трассе прокладываемого тоннеля и для опоры на стены камеры щитовых домкратов рабочего щита, разрушении породы забоя щитовым рабочим органом, удалении разрушенной породы и формовании армированной бетонной обделки тоннеля, стены щитовых камер, по крайней мере, те, в которых расположены проемы для пропуска щита, выполняют из бетона, имеющего прочность на сжатие не более 11,5-14,5 МПа. Армирование бетона производят стеклопластиковой арматурой из стержней диаметром 4-10 мм с пределом прочности при срезе поперек волокон не менее 165 МПа. После схватывания бетона и сборки щита производят разрушение стены камеры щитовым рабочим органом и ведут дальнейшую разработку тоннеля с его обделкой. Аналогичная технология может применяться при строительстве фундаментов и котлованов с использованием буросекущихся свай.
По второму варианту способ щитовой проходки относится к сооружению коллекторного тоннеля, но задача, на решение которой направлено изобретение, остается той же, а именно реализация способа, позволяющего надежно и с меньшими затратами производить сооружение тоннеля и его гидроизоляцию.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе щитовой проходки тоннеля, заключающемся в сооружении методом «стена в грунте» щитовых камер для сборки, поворотов и демонтажа щита на трассе прокладываемого тоннеля и для опоры на стены камеры щитовых домкратов рабочего щита, разрушении породы забоя щитовым рабочим органом, удалении разрушенной породы, формовании армированной бетонной обделки тоннеля и последующей гидроизоляции внутренней поверхности обделки тоннеля посредством нанесения гидроизоляционного покрытия, что стены щитовых камер, по крайней мере те, в которых расположены проемы для пропуска щита, выполняют из бетона, имеющего прочность на сжатие не более 11,5-14,5 МПа. Армирование бетона производят стеклопластиковой арматурой из стержней диаметром 4-10 мм с пределом прочности при срезе поперек волокон не менее 165 МПа. После схватывания бетона и сборки щита производят разрушение стены камеры щитовым рабочим органом и ведут дальнейшую разработку тоннеля с его обделкой. При этом формование бетонной обделки, по меньшей мере, на стыке тоннеля со стеной щитовой камеры и на длине тоннеля от двух до десяти диаметров тоннеля производят, как минимум, двумя концентрическими слоями, между которыми размещают дополнительный внутренний гидроизоляционный слой, а нанесение гидроизоляционного покрытия на внутреннюю поверхность бетонной обделки производят после полного высыхания поверхностного слоя стен тоннеля.
Способ осуществляется следующим образом. Проходка тоннеля производится при помощи проходческого щита.
Первоначально сооружают монтажную щитовую камеру. Сооружение монтажной щитовой камеры ведут методом «стена в грунте». В этом случае первоначально осуществляют крепление верха траншеи для удержания грунта от обвалов и направления рабочего органа землеройного оборудования. Затем, после приготовления глинистого раствора, производят заполнение этим глинистым раствором пространства между стенками крепления верха траншеи. Разработку траншеи на глубину, равную глубине заложения подземной стены, производят под глинистым раствором с постоянным пополнением его объема по мере разработки грунта. После установки арматурных каркасов и осуществления процесса бетонирования осуществляют разработку грунтового ядра внутри щитовой камеры, предназначенной для сборки щита. Аналогичным образом образуют приемную камеру для поворота щита на трассе прокладываемого тоннеля.
Стены щитовых камер, по крайней мере, те, в которых расположены проемы для входа и/или выхода щита, выполняют из бетона, имеющего прочность на сжатие 11,5-14,5 МПа, и армируют стеклопластиковой арматурой в виде каркасов из стержней диаметром от 4 до 10 мм с пределом прочности при срезе поперек волокон не менее 165 МПа. Такое выполнение стен камеры позволяет производить их разработку рабочим органом щита в размер стен тоннеля. При определенных грунтовых условиях такое же армирование может быть выполнено и по всему периметру камеры, что позволяет упростить технологию и снизить затраты на сооружение тоннеля.
После сборки щита подача его на забой производится посредством щитовых домкратов, первоначально опирающихся на одну из стенок камеры.
Выход щита после проходки прямолинейного участка тоннеля коллектора производится в приемную камеру, сооруженную заранее на трассе прокладываемого тоннеля. В этой же камере производится разворот щита и осуществляется дальнейшая разработка стенок камеры и грунта по трассе тоннеля.
Вслед за разрушением грунта щитовым рабочим органом производится удаление разработанного грунта и формирование бетонной обделки тоннеля с последующей гидроизоляцией внутренней поверхности обделки тоннеля посредством нанесения гидроизоляционного покрытия.
Было установлено, что при проведении коллекторных тоннелей, после выполнения тоннельной обделки и ее просушки при подготовке к проведению гидроизоляционных работ, влажность бетонной поверхности слишком велика для качественного нанесения гидроизоляционного покрытия. Дальнейшая сушка стен тоннеля не приносит положительных результатов. Стены обделки тоннеля, находясь под воздействием гидростатического давления грунтовых вод окружающего массива, пропускают воду по капиллярам и имеют тем большую влажность, чем менее качественный материал (бетон) применен при изготовлении обделки. Особенно ярко эти негативные явления проявляются в местах стыка стенок щитовой камеры и непосредственной обделки тоннеля.
Для исключения этих нежелательных процессов формование бетонной обделки, по меньшей мере, на стыке стен щитовых камер и по длине тоннеля от двух до десяти диаметров тоннеля производят, как минимум, двумя концентрическими слоями, между которыми размещают дополнительный внутренний гидроизоляционный слой, а нанесение гидроизоляционного покрытия на внутреннюю поверхность бетонной обделки производят после полного высыхания поверхностного слоя стен тоннеля. В случае необходимости и в зависимости от гидрогеологии окружающего грунтового массива такую же технологию гидроизоляции применяют на всем протяжении коллекторного тоннеля, включая и монтажную и приемные камеры.
Формование обделки ведется, как минимум, двумя последовательными слоями, между которыми размещается слой гидроизоляции. Оно может быть осуществлено различными приемами. Например, после подачи бетона и его прессования в первом слое на образовавшуюся стенку накладывается слой полимерной пленки. Затем производится подача и прессование второго слоя обделки.
Вместо полимерного пленочного покрытия может быть нанесен слой жидкого герметика, что является наиболее предпочтительным.
Возможен вариант одновременной подачи бетона в два слоя с одновременной подачей между ними герметика и последующим прессованием. При последующей выдержке готового участка происходит затвердевание и высушивание бетона. Благодаря наличию герметика внутри бетонной обделки, грунтовые воды, находящиеся под определенным гидростатическим давлением, просачиваются по капиллярам бетонной обделки только в наружный смежный с грунтом слой. Дальнейшему проникновению воды препятствует внутренний слой герметика. Внутренний слой бетона обделки, образующий стены тоннеля, интенсивно теряет влагу и высыхает до требуемой для нанесения гидроизоляции влажности порядка 5%.
Высохшие стенки обделки покрываются слоем гидроизоляции, для чего может быть использован более дешевый гидроизолятор типа, например, битума. Нанесение гидроизолятора на сухие поверхности, в соответствии с установленными требованиями, позволяет получить долговечное покрытие, защищающее внутреннее пространство тоннеля от проникновения влаги в течение длительного времени, что резко увеличивает срок службы тоннеля, препятствуя образованию агрессивной среды, разрушающей бетон.