РЕЗЮМЕ:

В современных проектах мегаметро используются несколько ТБМ в труднопроходимой местности, коротких туннелях и в городских условиях: факторы, которые создают уникальные проблемы. При строительстве метро в Сингапуре 21 км туннеля для линии 3 в центре города ведутся с использованием 29 ТБМ, пробуренных между 16 станциями короткими скважинами, часто менее 1,5 км каждая. К 2017 году 39 км нового строительства сократят время в пути вдвое в одном из самых густонаселенных регионов мира.

В этом документе подробно описаны шесть машин для балансировки давления грунта, задействованных в проекте, и анализируются проблемы бурения в городских условиях через скалы и мягкий грунт под давлением воды. Производительность машин на линии Singapore Downtown Line будет проанализирована с обсуждением связанных с этим проблем.

1. ВВЕДЕНИЕ

Downtown Line в Сингапуре — один из самых масштабных проектов в тоннелепроходческой отрасли на сегодняшний день, в котором задействовано более 50 ТБМ на трех этапах. Все машины, предназначенные для мягких и смешанных грунтов, должны быть новыми, и большинство из них будут преодолевать короткие расстояния до 1,5 км в соответствии с условиями контракта. Это уникальное расположение имеет как положительные, так и отрицательные последствия для тоннельной промышленности. Обе очереди, вторая и третья, находятся в стадии строительства, а первая очередь уже завершена.

Другие уникальные факторы включают расположение проекта в одном из самых густонаселенных городов мира. Рабочие площадки часто небольшие и расположены в непосредственной близости от высотных зданий с ограниченным пространством для запуска ТБМ — машины, длина которой с полностью собранной резервной системой может превышать 100 м.

Грунтовые условия в Сингапуре являются еще одной проблемой как для производителей оборудования, так и для подрядчик. Геология варьируется от глины, аргиллита и песка до сложных валунных полей.
Для целей настоящего документа оставшаяся часть обсуждения будет сосредоточена на трех контрактах и шести ТБМ: контрактах C925, C927 и C937.

1.1 Строительство линии тоннелей в центре города

Линия центра Сингапура является пятым маршрутом скоростного транспорта, который будет построен в стране. Вся линия Downtown Line, включая этапы 1 и 2, для Управления наземного транспорта Сингапура (LTA) будет состоять из 42 км новых путей с 34 станциями. По оценкам, после завершения строительства в 2017 году DTL будет ежедневно обслуживать полмиллиона пассажиров (см. рис. 1).

1.2 Контракты

Как уже отмечалось, в настоящем документе основное внимание уделяется трем контрактам: C925, C927 и C937. Каждый контракт был заключен LTA в 2011 году и требовал использования ТБМ диаметром 6,60 м для балансировки давления на грунт (EPB). Контракт C925 на участок параллельных туннелей длиной 800 м, проходящих между площадками Тампинс и Восточной станции Тампинс, был заключен с корейским подрядчиком GS Engineering & Construction Corporation. Аналогичным образом, параллельные линии протяженностью 1,4 км по контракту C927, пролегающие между парком Бедок и водохранилищем Бедок, были переданы итальянскому подрядчику CMC di Ravenna. C937, состоящий из двух туннелей длиной 780 м, проложенных между станцией River Valley и станцией Bencoolen, и двух туннелей длиной 560 м между станцией River Valley и Upper Cross Street, был передан GS Engineering & Construction Corporation. Все контракты требуют строительства площадок станций и тоннелей метро: для C925 требуется одна ТБМ, для C927 — две ТБМ, а для C937 — три ТБМ. По контракту Два туннеля в восточном направлении, длиной 780 м каждый, бурятся одной машиной каждый. В западном направлении есть два туннеля около 560 м в длину каждый. Здесь используется только одна ТБМ, которая будет демонтирована после первого прохода и транспортирована по поверхности обратно к пусковой шахте для начала второго прохода. Контракт GS C925 – это дополнительно два параллельных тоннеля, пробуренных одной машиной. Машина GS должна прийти обратно к пусковой шахте через туннель для запуска на втором приводе.

1.3 Последствия для тоннельной промышленности

Целью LTA является завершение всего проекта как можно скорее, включая все этапы городской линии. В конечном счете, цель LTA состоит в том, чтобы сингапурцы никогда не удалялись от станций дальше, чем на 400 метров. Множественные контракты на строительство туннелей небольшой длины с большим количеством машин — это предложение LTA по сокращению сроков строительства.

Обратной стороной с точки зрения машиностроения является избыток подержанных машин на мировом рынке, который возникнет после реализации проекта. В то же время это может принести пользу подрядчикам с точки зрения более низких цен на машины для проектов в других странах мира. Поскольку LTA до сих пор требовало, чтобы ТБМ были новыми для всех контрактов, ни одна из этих машин не будет разрешена для будущих проектов в Сингапуре. Кроме того, машины должны быть в относительно хорошем состоянии из-за коротких приводов. По состоянию на октябрь 2013 года в Сингапуре работает около 50 машин, не считая будущих проектов, таких как Thomson Line.

2. ГЕОЛОГИЯ

Геология в Сингапуре очень сложна и может радикально различаться даже на относительно коротких участках туннелей, предусмотренных контрактом. Вдоль трасс было проведено несколько колонковых бурений, в результате чего был составлен подробный список (см. Таблицу 1).
Слой Fort Canning Boulder Bed (FCBB), в частности, создает проблемы для оборудования. Хотя ни одна машина по контракту C937 еще не прошла через поле валунов, следующие наблюдения основаны на предыдущих машинах, которые проводили раскопки в этом районе:

Поскольку FCBB имеет относительно прочные валуны, расположенные в глинистой матрице, режущее действие дисковых фрез на режущие головки TBM затруднено. Прежде чем будет достигнуто давление, необходимое для раскалывания валунов на фрагменты, валун перемещается в глиняной матрице. Когда эти валуны движутся, они могут ударяться о другие части режущей головки, например, о скребки и долота, а также повреждать их. Кроме того, валуны и глиняная матрица имеют разную твердость, благодаря чему резцы подвергаются множеству ударных нагрузок за короткое время. Это сокращает срок службы фрезы и требует больше операций по замене фрезы. Бурение через это поле валунов является медленным испытанием, поскольку ТБМ должен двигаться достаточно медленно, чтобы не сдвинуть валуны, но при этом достаточно сильно давить, чтобы разбить валуны. Это не всегда может быть достигнуто. Если валуны не разбиваются, водолазы должны пройти перед режущей головкой, чтобы вручную разбить валуны, прежде чем машина сможет двигаться вперед (см. Рисунок 2 — раздел контракта C937, требующий раскопок через поле валунов).

3. КОНСТРУКЦИЯ МАШИНЫ

Каждая из шести машин для балансировки давления на грунт (EPB) диаметром 6,60 м, разработанных для трех контрактов, была построена компанией The Robbins на своих производственных предприятиях в Китае. TBM были спроектированы так, чтобы работать как со скалами, так и с мягким грунтом под давлением воды до 3,0 бар, а также со скалами и валунами (см. Таблицу 2).

Каждая машина оснащена режущей головкой смешанного типа с возможностью установки 17-дюймовых дисковых ножей или твердосплавных ножей, или их комбинации, в зависимости от условий грунта. Режущие инструменты делятся на два типа: (1) дисковые фрезы и ножи, которые разрыхляют и рыхлят землю, и (2) скребки, которые собирают и направляют разрыхленный материал в смесительную камеру. И ножи, и скребки содержат износостойкий материал из карбида вольфрама. Передаточное отношение было настроено индивидуально, чтобы приспособиться к различным настройкам дисковых фрез и бит. Также была добавлена высококачественная износостойкая пластина для повышения стойкости к истиранию в каменистых условиях. Инъекционные отверстия в режущих головках позволяют вводить широкий спектр материалов для кондиционирования грунта, включая пену, полимер и бентонит (см. рис. 3).

Рис. 3. Режущая головка смешанного шлифования с двумя дисковыми фрезами
и твердосплавные режущие инструменты.

Поскольку существуют строгие лимиты расчетов в контракт, каждая машина использует активный сочленение, позволяющее двигаться вперед и назад щиты двигаться независимо друг от друга в кривая. Равная тяга реагирует на все части возведенного сегментного кольца, снижая риск
деформация кольца, которая может привести к осадке. В Кроме того, машины используют двухжидкостную обратная засыпка. Жидкость «А», вяжущая затирка, сочетается с жидкостью «В» ускоритель на форсунке, непосредственно перед впрыском в кольцевое пространство, позволяя кольцевому пространству между кольцом и стенками туннеля, которые необходимо заполнить и затвердеть менее чем за минуту. (см. рис. 4 для общей сборки машин).

Рисунок 4. Общая сборка EPB.

Особенно уникальная часть каждой машины программа минимизации расчетов кольцо реформатор — установка, широко используемая на японских туннелепроходческие машины, но с ограниченным использованием в другом месте. Устройство включает два гидравлических домкраты, стабилизирующие каждое кольцо при сборке, предотвращение вертикальной деформации (см. рис. 5).  

Рисунок 5. Кольцевой риформер для предотвращения вертикальной деформации
во время построения кольца.

4. ЗАПУСК И СБОРКА В LIMITED КОСМИЧЕСКИЕ ПЛОЩАДКИ

4.1 Подготовка места

Будучи одной из самых маленьких наций в мире, Сингапур обязательно густонаселен, и все рабочие места расположены в непосредственной близости  для строительства фундаментов и городских сооружений. Интересно, что все рабочие места содержатся на участках станций, а в качестве станций сайты имеют тенденцию быть довольно длинными. Но они зажаты между существующей инфраструктурой, поэтому они в конечном итоге будучи очень узким. Как это бывает, практически никто площади поверхности на рабочей площадке в конечном итоге составляет доступны для доставки, сборки и запуск. Когда будут доставлены ТБМ и спустили вниз шахту, станцию ??и прочее ведутся строительные работы одновременно и потребляя почти все доступная площадь. Потому что нет места для резервные порталы в нижней части шахты, они
временно располагаются на поверхности сбоку побочной модой. Даже эта небольшая площадь 10м х 40м желанна и быстро занята, как только туннель продвинулся достаточно далеко для порталов быть пониженным.

В частности, на одной строительной площадке целая секция реку Сингапур пришлось переместить так, чтобы Станционная площадка и туннель могут быть построены напрямую под ним (см. промежуточные фото, рис. 6-10, ниже).

4.2 Транспортировка и сборка машины

Каждая из шести ТБМ EPB была собрана в Пудун, Китай, а затем отправляется морем в порт в Сингапуре (см. рис. 11, в собранном виде) машина в магазине).

Однажды в Сингапуре все машины были собран и запущен снизу валы.
Потому что нет места для сборки всю резервную копию в нижней части шахты, резервная копия собирается на поверхности и все услуги (электроснабжение и управление, гидравлика, вода и цементный раствор, пена, бентонит, полимер и т. д. питания) подключены к машине через 130 м длинный соединительный кабель/шланг. Один раз машина пробурила около 80м, остановилась
и бэкап разобран, опущен в вал и снова собран за ТБМ. туннели обычно очень короткие. Запуск и
бурение под пуповиной обычно медленное процессов и в конечном итоге составляют  начительную процент от всей проходки туннеля расписание. Например, один туннель под контракт C937 имеет длину всего 520 м и является первым 80 м, или 15 % от общего количества, выполняется с шлангокабеля (см. рис. 12 и 13, сборка и запуск с использованием шлангокабелей).

Рисунок 12. Сборка одного ЭПБ на контракте С927.

5. ПРОГРЕСС И ПРОГРЕССИВНОСТЬ TBM

Каждый из контрактов находится на разных стадиях: первая из машин C927 завершила свой проход в начале ноября 2013 года, а вторая машина пробурила 180 м, но в настоящее время остановлена, пока продолжается проходка третьего короткого «каленого туннеля». Подъездной туннель находится между двумя туннелями в пусковой шахте. Участок CMC не мог справиться с утилизацией навоза для трех заходов, поэтому, когда начались работы по туннелю NATM, вторая ТБМ была остановлена до тех пор, пока первая ТБМ не закончила проходку. Теперь, когда первый привод TBM завершено, в начале ноября планируется возобновить бурение второй ТБМ.

Три машины на C937 в настоящее время являются буровыми и находятся на расстоянии 200 м, 195 м и 69 м. Две из этих машин должны пересекать действующую линию метро NEL с минимальным зазором 1,2 м. На момент написания этой статьи был успешно завершен один переход. Геология до сих пор была такой, как и ожидалось, с пластом Форт-Каннинг-Боулдер, который еще предстоит достичь.

Запуск машины по контракту C925 запланирован на конец ноября.
Авансовые ставки были низкими. Машины C927, эксплуатируемые CMC, продемонстрировали на сегодняшний день наилучшую производительность: за 24 часа было возведено 9 колец. В C937 в лучший день было установлено 5 колец.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во множестве городов по всему миру плотность городского населения росла намного быстрее, чем системы метро. В этих городах существует огромное давление, требующее строить системы метро быстрее, что вынуждает муниципалитеты заключать контракты на более короткие участки туннеля — процесс, который, в свою очередь, заставляет машины запускаться из шахт между станциями, а не только со станций. Хотя запуск EPBM с рабочей площадки размером с почтовую марку с небольшой шахтой нежелателен, альтернативы нет, когда требуется чрезвычайно быстрое развитие системы метро. Конечно, потребуются дополнительные затраты и время, однако при надлежащем предварительном планировании и хорошо спроектированном временном оборудовании, таком как сервисный шлангокабель и горнопроходческие устройства, можно успешно запускать машины из таких небольших шахт. Вероятно, будет расти число проектов метро, ??которые требуют таких запусков. Сингапур оказался городом, где совершенствуются методы безопасного и эффективного пуска малых валов.