Рекомендации по ускорению процесса транспортировки породы, разработанной ТПМК, при строительстве перегонных тоннелей метрополитенов

© Ф.А. Бойко, 2007

УДК 69.035.4 Ф.А. Бойко

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСКОРЕНИЮ ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОРОДЫ, РАЗРАБОТАННОЙ ТПМК, ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПЕРЕГОННЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНОВ

Создание эффективной сети транспортных коммуникаций, обладающей возможностью оперативного обслуживания мощных пассажиропотоков между промышленными зонами, жилыми районами и культурными центрами - одна из основных проблем развития современных городов.

В развитой системе пассажирских коммуникаций важнейшую роль играют общественные виды транспорта. В условиях плотной городской застройки наиболее современным и рациональным решением транспортной проблемы представляется сооружение развитой сети метрополитена, прокладываемой в тоннелях, на поверхности земли и на эстакадах

Когда города развиваются социально, территориально, экономически, то метро реагирует на изменения, растёт вместе с ними, независимо от того, что открытие новых линий связано с огромными капиталовложениями и большими объёмами работ. В настоящее время метрополитен строится в Омске, Челябинске, Красноярске, Казани, Уфе. Общая протяжённость шести действующих метрополитенов составляет 536 км, на которых функционируют 273 станции.

Метрополитены в России стали главным видом массового пассажирского транспорта - ежегодно они перевозят свыше 54,2 млрд. человек,

что более чем в 2 раза превышает пассажиропоток всей сети железных дорог России.

Правительство Российской Федерации одобрило Программу развития метрополитенов до 2015 года, в соответствии с которой предусмотрено к концу 2015 года обеспечить поэтапный ввод в эксплуатацию 227,4 км новых линий метрополитена со 139-ю станциями в двенадцати городах России с общими затратами 114,7 млрд. руб. (в ценах 2001 г.). В результате реализации Программы длина эксплуатационных линий должна увеличиться в 1,6 раза, а объём перевозок - в 1,4 раза.

В Москве строительство метро в предстоящие три года обойд ётся в 82 млрд. руб., в Санкт- Петербурге объ ём финансирования в 2007-2009 гг. должен составить 6 млрд. руб. ежегодно, в Челябинске освоено в 2006 г 383 млн. руб.. По статистике к первой половине 90-х годов в Москве к пассажиропотоку добавилось около двух миллионов человек и в настоящее время метрополитен перевозит каждые сутки около 9 млн. пассажиров. Столичный метрополитен имеет 172 станции и около 280 км. линий, выполняя около 40 % пассажирских перевозок в городе.

Существующие линии метрополитена в Москве в 2006-2008 годах планируется продлить на 24 км.

Для дальнейшего улучшения транспортного обслуживания населения столичные власти планируют реализацию одного из самых дорогих и грандиозных проектов дорожного строительства в истории Москвы -Большого кольца метро, которое может быть завершено к 2035 году.

При тенденции роста объёмов строительства метрополитенов в стране, основной объём работ и затрат приходится на строительство более 100 км в год перегонных тоннелей, сооружаемых щитовым способом в неустойчивых и мягких горных породах,

При таком росте объёмов тоннелестроительных работ актуальность совершенствования технологии и средств механизации строительства очевидна. Решение этой задачи позволит за счёт увеличения скоростей проходки тоннелей значительно снизить сметную стоимость строительства, сократит сроки ввода в эксплуатацию сооружений, снизит срок окупаемости сооружений, улучшит транспортное обслуживание населения.

Существующая технология строительства перегонных тоннелей с использованием отечественных проходческих щитовых комплексов не позволяет достигать больших скоростей строительства этих тоннелей. В настоящее время скорость проходки перегонных тоннелей в России составляет 60-80 метров в месяц.

В связи с этим, в Москве, на строительстве Митинско-Строгинской линии Московского метрополитена, пуск в эксплуатацию отдельных участков которой намечен на 2007 год, используются современные высокопроизводительные щитовые тоннелепроходческие механизированные комплексы (ТПМК) фирмы «Херренк-нехт» Германии и канадской фирмы «Ёоват», скорости проходки перегон-

ных тоннелей которыми составляют до 300 м в месяц.

Международная научно-техническая конференция по освоению подземного пространства городов, проходившая 10-14 марта 2004 г. в Москве, в постановляющей части (п.8) рекомендаций отметила: «Необходимо уделять большее внимание развитию машиностроительной базы для освоения подземного пространства городов, имея ввиду, что отсутствие отечественной горнопроходческой техники ограничивает конкурентоспособность строительных организаций на международном рынке».

По данным Международной тоннельной ассоциации в 2003 году при строительстве тоннелей использовались следующие технологии:

• с бентонитовым пригрузом забоя - 34 %

• с грунтовым пригрузом забоя -27 %

• с открытым забоем - 15 %

• другие технологии - 15 %

• НАИМ (новоавстрийский способ) - 9 %

В Российской Федерации находят применение, в основном, технологии с бентонитовым, с грунтовым и открытым пригрузами забоя.

Опыт применения в последние годы технологии строительства тоннелей с бентонитовым пригрузом забоя с использованием ТПМК (тоннелепроходческий механизированный комплекс) «Херренкнехт» в сложных гидрогеологических условиях строительства, показал наглядно его эффективность при строительстве Лефортовского тоннеля и двух Серебряноборских тоннелей с сервисным тоннелем между нами. По этой технологии строительство сервисного тоннеля диаметром 6 м вчерне и длиной

1,5 км было выполнено со средней скоростью проходки 165 м/мес.

Эта технология производства работ исключает необходимость обустройства в перегонном тоннеле второго временного пути для транспортировки разработанной породы на поверхность. Только по одному пути колеи 900 мм ведется доставка аккумуляторными электровозами к ТПМК блочной обделки, тампонажного раствора, труб вентиляции и др. оборудования. Этими важными достоинствами технологии обуславливаются сравнительно высокие скоростные показатели ТПМК «Херренкнехт».

Однако, эта технология производства работ при строительстве перегонных тоннелей имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают е ё применение в больших масштабах по следующим причинам:

• высокая стоимость строительства;

• невозможность расположения в условиях плотной городской застройки;

оборудования для приготовления бентонитового раствора и его регенерации от разработанной породы;

• необходимость вывоза разработанной породы, пропитанной бентонитом, на специальную свалку за пределы города.

• большая энергоёмкость оборудования;

• необходимость теплоизоляции оборудования в ряде регионов страны в условиях отрицательных температур;

• необходимость проведения длительных по срокам подготовительных работ по монтажу и наладке оборудования

В 2002 году в Бутово, впервые в практике российского тоннелестроения ТПМК «Ёоват» применена технология производства работ с использо-

ванием грунтового пригруза забоя с его пеногенерацией. Средняя скорость строительства тоннеля составила 180-200 м/мес. или 6-8 м в сутки, при работе в 2 смены без выходных и с обязательным 4-х часовым ежедневным профилактическим ремонтом.

В настоящее время технология производства работ с использованием грунтового пригруза забоя признана как основная для проходки перегонных тоннелей в неустойчивых обводн ённых породах. Эту технологию, взамен технологии с бентонитовым пригрузом забоя, стали повсеместно внедрять ведущие тоннелестроительные зарубежные фирмы.

При применении технологий с использованием грунтового пригруза забоя или с открытым забоем необходимо решать сложные вопросы по процессу транспортировки разработанного грунта от ТПМК на поверхность. Рассматриваются два варианта непрерывного транспорта разработанной породы за пределами ТПМК:

• транспортировка разработанной породы рельсовым транспортом;

• транспортировка разработанной породы конвейерным транспортом.

Транспортировка разработанной породы рельсовым транспортом

1. Существующая технология строительства перегонных тоннелей ТПМК «Херренкнехт» с бентонитовым пригрузом забоя предусматривает доставку обделки, оборудования и материалов аккумуляторными электровозами по одному рельсовому пути с шириной колеи 900 мм.

При применении технологий с использованием грунтового пригруза забоя или с открытым забоем для транспортировки разработанной породы необходима укладка второго пути шириной колеи 900 мм.

2. Многочисленные примеры строительства перегонных тоннелей в нашей стране показывают, что для транспорта разработанной породы применяются, как правило, вагонетки

1,5 м3, что приводит к неоправданному их количеству. К примеру, объем разработанного грунта ТПМК «Херренкнехт» диаметром 6,28 м с грунтовым пригрузом забоя (40,3 м3 за один цикл) может быть перевезен на 27 вагонетках. В этом случае в призабойной зоне один путь должен использоваться для доставки обделки, вентиляционных труб, тампонажного раствора, наращивания рельсовых путей и проведения других технологически необходимых операций и только второй может быть использован для погрузки породы в вагонетки.

Для перевозки грунта на 27 вагонетках необходимо, как минимум, задействовать 3-4 электровоза, которые должны маневрировать на специальных разъездах. У порталов необходимо применять специальные опрокидыватели, которые обычно располагают на разгрузочных эстакадах над бункерами. Здесь 27 вагонеток будут поштучно отцеплять, разгружать, затем сцеплять и формировать в составы под погрузку. На этих работах бывает задействована целая бригада рабочих.

Предлагается загрузку породы производить в вагонетки-контейнеры ёмкостью 3,3 м3 по типу вагонеток ВШ-8. Это позволит перевезти разработанную породу на 40,3 : 3,3 = 12 вагонетках-контейнерах или на 6 вагонетках-контейнерах в 2-х составах.

Для транспортировки составов рекомендуется применять типовой аккумуляторный электровоз АРВ-7.

Наличие контейнерной части на вагонетках-контейнерах упростит разгрузочные работы за порталами тоннелей и значительно сократит время по формированию составов.

3. Для погрузки породы за ТПМК предлагается применить телескопический конвейер, длина которого определяется длиной состава из 6 вагонеток-контейнеров: 6 х 3,4 = 20,4 м и длиной электровоза - 4,55 м, т.е. общая длина состава будет 20,4 + 4,55 = 25 м. С учётом резерва транспортных средств, длина телескопического конвейера будет составлять максимально 30 м.

Использование телескопического конвейера позволит одновременно загружать два состава из вагонеток-контейнеров, оставляя свободный второй путь для выполнения всех необходимых работ по доставке обделки, тампонажного раствора, наращиванию вентиляционной трубы, наращиванию рельсовых путей и др.

Есть все основания полагать, что рекомендуемые к применению на практике технологические улучшения работы рельсового транспорта при использовании как технологии с грун-топригрузом забоя, так и с открытым забоем, способны обеспечить стабильно высокую производительность отечественных и зарубежных ТПМК при строительстве перегонных тоннелей метрополитенов.

Конвейерный транспорт разработанной породы

При конвейерном транспорте можно использовать «цепочкой» в перегонных тоннелях облегчённые конвейеры длиной до 30 метров, в сочетании с телескопическим конвейером в головной части за ТПМК. Однако, для транспортировки разработанного грунта на длинных перегонах этот вариант нецелесообразен.

По имеющимся данным из технической литературы (Ю.С. Пухов «Рудничный транспорт» М., НЕДРА, 1991 г, А.В. Евневич «Транспортные машины и комплексы» М., НЕДРА, 1975г и др.) более мощные конвейерные уста-

новки для шахтного строительства оборудованы приводными блоками, расположенными за пределами ленты конвейера. В состав приводного блока конвейера входят: приводная

станция, приводной барабан, колодочный тормоз, вал и храповой останов.

Приводные блоки монтируются на жёсткой металлической раме, имеют длину до двух метров и вес более 500 кг, и эти параметры не позволяют применять конвейеры подобной конструкции в перегонном тоннеле без его уширения.

В зарубежной практике строительства тоннелей в Шотландии и Германии имеются примеры осуществления транспорта породы за щитом с использованием облегчённых конвейеров, которые закрепляются к обделке тоннеля на специальных кронштейнах. Конвейеры могут транспортировать грунт на длину более 4 км с минимальным радиусом кривизны до 200 м. На криволинейных участках трассы и на длинных прямолинейных участках устанавливаются специальные бустерные установки - промежу-

точные приводы, которые уменьшают силу, воздействующую на ленту.

При ширине ленты от 500 до 1200 мм конвейеры имеют производительность, в зависимости от скорости движения ленты, от 338 до 2306 т в час.

Аналогичный конвейер проходит в настоящее время испытания при строительстве правого перегонного тоннеля ТПМК «Херренкнехт» с открытым забоем по трассе «Кунцевская» - «Славянский Бульвар» Митин-ско-Строгинской линии метрополитена.

Некоторые зарубежные фирмы предлагают использовать у порталов тоннелей вертикальные временные накопительные башни хранения разработанной породы.

Необходимо изучить используемые зарубежными фирмами компактные конвейеры, башни-накопители разработанной породы, проверить в работе и рекомендовать для широкого применения на строительстве перегонных тоннелей по ускорению процесса транспортировки разработанной породы.

Демонстрационные материалы к данной статье см. «Горный информационноаналитический бюллетень» № 8, 2006 г., с. 5-8. ШИН

— Коротко об авторах----------------------------------------------

Бойко Ф.А. - аспирант, Московский государственный горный университет.