АБСТРАКТНЫЕ

В мае 2018 года ТБМ с открытым захватом (главная балка) диаметром 7,93 м завершила прокладку туннеля Цзилинь Лот 3 протяженностью 24,3 км с максимальной вскрышной породой 272,9 м. Проходка туннеля для проекта переброски воды, расположенного на северо-востоке Китая, позволила достичь национального рекорда в 1423,5 м за один месяц, несмотря на сложные условия.
В этом документе будет представлена ??усовершенствованная, инновационная система торкретирования для предварительной облицовки ТБМ, разработанная на основе опыта предыдущих проектов. Система набрызг-бетона, наряду с другими структурными элементами конструкции и должным образом разработанной программой поддержки грунта, позволила ТБМ успешно бурить в разнородных твердых породах и зонах разломов.

В документе будет обсуждаться, как система торкретирования и конструкционная конструкция повысили безопасность и улучшили производительность экономически эффективным способом. Он будет стремиться определить переменные, которые позволили TBM продвигаться вперед быстрыми темпами, и даст рекомендации для будущих типов проектов, которые могли бы извлечь выгоду из системы торкретирования.

ВСТУПЛЕНИЕ

Проект водоснабжения Цзилинь Инсун, расположенный в китайской провинции Цзилинь, представляет собой сеть протяженностью 736,3 км (457,5 миль), что на сегодняшний день делает его крупнейшим в Китае проектом по отводу воды. После ввода в эксплуатацию водоводы будут отводить воду из водохранилища Фэнмань в верховьях реки Диэр Сунгари в центральные районы провинции Цзилинь, испытывающие хроническую нехватку воды. Эти регионы включают города Чанчунь и Сыпин, восемь близлежащих уездов и 26 деревень и городов, находящихся под их юрисдикцией. Проект оптимизирует распределение водных ресурсов, улучшит региональные экосистемы и обеспечит лучшее производство продуктов питания и безопасность воды для жителей провинции Цзилинь.

Около 134 км водопроводной сети находится под землей. Три ТПМ открытого типа были выбраны владельцем, ООО «Водная инвестиционная группа провинции Цзилинь», для проходки в общей сложности около 62 км туннеля (20–21 км бурения на каждый контракт ТПМ со штольнями). Остальная часть подземных работ была раскопана с использованием традиционных методов буровзрывных работ. Компания Robbins поставила одну ТБМ открытого типа (главная балка) диаметром 7,93 м для Лота 3 туннеля Цзилинь, а две другие ТБМ были предоставлены китайскими поставщиками. Все три машины были разработаны для использования непрерывных конвейерных систем для удаления навоза.

Базовый геотехнический отчет показал, что порода состоит из туфа, гранита и андезита с UCS до 228 МПа и максимальным содержанием кварца около 43%. Более 80 % пород были отнесены к классам II и III с максимальным покрытием 272,9 м (см. рис. 1). Также прогнозировалось возможное выдавливание грунта, учитывая относительно слабый массив горных пород, а также наличие в общей сложности 24 зон разломов. Из-за геологических особенностей была выбрана ТБМ открытого типа, обеспечивающая наибольшую гибкость в ожидаемых условиях.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТБМ

ТБМ с главной балкой был построен в Шанхае, Китай, и спроектирован так, чтобы условия наземной поддержки. Карманы в щитке крыши машины были предусмотрены для того, чтобы использовать систему поддержки крыши McNally, разработанную и запатентованную C&M McNally. Заменяя пальцы щитка крыши на ТБМ главной балки, система McNally предотвращает движение горных пород в критической зоне сразу за опорой шарошки.
Система была протестирована и проверена на проектах по всему миру, в том числе на второй по глубине туннель для строительных работ, Трансандский туннель Олмос глубиной 2000 м. в Перу — увеличить темпы продвижения при сохранении безопасности рабочих на Главной Балочные машины в сложных горных условиях (см. рис. 2 и 3). Режущая головка была установлены с 20-дюймовыми дисковыми фрезами и рассчитаны на максимальную тягу режущей головки 15 880 кН, а также максимальный крутящий момент 9 743 кНм.

ВСТРЕЧЕННАЯ ГЕОЛОГИЯ И НАЗЕМНАЯ ПОДДЕРЖКА

Проект начался в декабре 2013 года, когда была обнаружена первая зона разлома после всего 87 м бурения, требующее сотрудничества между владельцем, подрядчиком Пекин Компания Vibroflotation Engineering Co. Ltd. (BVEC) и сервисная служба компании Robbins. Притоки воды и обрушение грунта на участке длиной 1196 м были решены с помощью сочетание планок McNally, заливки цементным раствором и уплотнения грунта перед машина.

Туннельная отражательная томография (TRT) - метод прогнозирования грунта с использованием сейсмических данных. волны - также использовался для обнаружения изменяющихся условий перед ТБМ и использовался в основном вместо зондового бурения. Техника TRT основана на интерфейсе, когда сейсмическая волна сталкивается с акустическим импедансом. Частичные сигналы отражаются обратно, в то время как остальное проходит через среду. Изменение акустического импеданса обычно наблюдается на границе между геологическими формациями или в трещиноватом массиве горных пород. Отраженные сейсмические сигналы принимаются высокочувствительным датчиком сейсмических сигналов, а коэффициент отражения положителен, когда ударная волна распространяется от низкой материала импеданса в материал с высоким импедансом. Обратное верно при распространении от высокого импеданса к низкому - коэффициент отражения отрицательный. Когда локальная сейсмическая волна распространяется от мягких пород к твердым окружающим породам, отклонение

ПРИМЕНЕНИЕ НАБРЫЗГИВАНИЯ

В 1-м участке тоннеля длиной 9840,187 м имелось сечение 1196 м. метров тоннеля в плохих грунтовых условиях. Были применены опорные рейки McNally. посреди этого бедного участка. Также на 1-м участке применялась проволочная сетка для 5014,87 м, а набрызг-бетон был нанесен на 9155,187 м, что делает торкрет-бетон основные средства наземной поддержки.

Набрызг-бетон применялся в следующих двух зонах на ТБМ:
- Зона L1
- Зона L2
Первоначальная поддержка была применена в зоне L1 сразу за опорой ножевого вала.
ТБМ. Система представляет собой систему ручного распыления, включающую форсунку для ручного распыления и трубопровод. обход из зоны L2. Платформы в зоне L1 дают круговой обзор на 360 градусов.

Рис. Типовая наземная опора L1 на ТБМ открытого типа

и 2-метровый осевой диапазон распыления. На рис. 4 показана схема ручного распыления L1, используемая в первую очередь, чтобы закрепить любую рыхлую породу и ограничить сближение горной массы. Исходный опора обычно состояла из анкерных болтов и сетки, планок McNally и кольцевых балок. На рис. 5 показана типовая наземная опора L1 ТБМ открытого типа.
Набрызг-бетон систематически укладывался в зоне L2 и образовывал верхние 285°
постоянная облицовка туннеля. На рис. 6 показана компоновка ТБМ Цзилинь.
L2 Зона торкретирования Зона L2 располагалась в 50 м за режущей головкой. Система состояла из
два робота-распылителя штангового типа, установленные на двух независимых подвижных кольцах. Бум может втягиваться/выдвигаться на 1,5 м, а механическое кольцо может перемещаться еще на 4,5 м. метров по направлению тоннеля. Максимальное покрытие торкрет-бетона L2 система составляла 285° окружности туннеля. Стрела была прикрыта защитой
крыша, чтобы отскочивший материал не попал в стрелу. На рис. 7 показан набрызгбетон L2.

Рисунок 6. Компоновка ТБМ Цзилинь

Рис. 7. Устройство торкрет-системы L2

компоновка системы, а рис. 8 показано механическое кольцо для торкретирования L2 при цеховой сборке. Этапы нанесения торкретбетона на Зона L2 Следующая диаграмма на рис. 9 показывает различные этапы транспортировки торкретбетона и приложение.

Бетон был впервые замешан на ТБМ бетонный завод, расположенный в подземном
сборочная камера. Из-за минус 40,2 °С, экстремально холодная зима на стройплощадке, располагался бетонный завод ТБМ внутри туннеля, чтобы обеспечить хорошие условия для смешивания бетона. Это потребовало перебора камере и был более удобен для транспортировки бетона к ТБМ. Это было тогда загружается в бункер для торкретбетона. Затем локомотив вывели из сборочной камеры. в ТБМ, в то время как набрызг бетона перемешивался в вагоне для перевозки торкретбетона. По прибытии в

Рис. 8. Механическое кольцо из набрызг-бетона L2 во время цех сборки

Вагон для перевозки набрызгбетона был снят с локомотива и установлен над ним один из торкрет-насосов на ТБМ. Когда готово содержимое торкретбетона транзитный вагон был разгружен, а торкрет-бетон закачан в зону L2, где он был затем применяется в качестве окончательной облицовки. В экстренных случаях можно использовать торкрет-бетон L1. с байпасом бетонного материала из зоны L2.

УРОКИ, ИЗВЛЕЧЕННЫЕ ИЗ ПРЕДЫДУЩЕГО L2 SHOTCRETE &ВЫБОР НОВОГО ПОСТАВЩИКА

За последние 20 лет китайские подрядчики по туннелям приобрели более 30 ТБМ открытого типа. Конечные пользователи все больше и больше знакомятся с ТБМ и торкретированием. система. Они научились на основе опыта и сделали следующее значительные перемены:
- Повышенные требования безопасности
- Повышенная надежность и производительность
-  Увеличенная длина хода распылительной форсунки и площадь охвата. Обычно 6 м или 8 м на робота
- Больше автоматизации с меньшими трудозатратами
- Простота очистки и обслуживания В общем, существует два основных типа системы торкретирования L2, которые использовались на предыдущих этапах проекты, называемые типом моста и типом стрелы (рис. 10 и рис. 11).
Ниже приведены основные недостатки, обнаруженные для типичного типа телескопической стрелы. тип моста на прошлых проектах:

Телескопическая стрела с фиксированным кольцом

- Телескопическая стрела имеет недостаточную жесткость. Отклонение больше, чем
300 мм и более прогиба при износе направляющих пластин. Этот

Рис. 10. Телескопическая стрела с фиксированным кольцом

Рисунок 11. Мостовой тип с неподвижным кольцом

можно увидеть на 6-метровой стреле очень часто (рис. 12). Один раз распыление, сопло имеет тенденцию трястись, что вызывает больше отскока бетона и снижение производительности.
-  Имеется телескопический цилиндр внутри стрелы. Потому что отклонение стрелы и опускание фактор безопасности, цилиндр часто протекает и может сломаться (Рисунок 13).
- Мощность двигателя на приводе усилие каретки недостаточно когда вагон стоит Максимум. силовое положение (9 часов & 3 часа). Как только бум полностью выдвинута, каретка может застревают и двигаются с перерывами или полностью блокируются (Рисунок 12).
Приводной двигатель также имеет тенденцию к утечке (Рисунок 14).

Рис. 12. Отклонение телескопической стрелы — площадка сборка и тестирование

Тип моста с фиксированной слабостью кольца

- Обычно заказчику требуются два комплекта роботов. Используется один робот как запасная и как резервная мощность на случай аварийных ситуаций. Если два роботы мостового типа находятся на одном кольце, то заказчик должен использовать обоих роботов для распыления для достижения окружного диапазона 270°–290°. Это означает клиент должен чистить обе системы, а также очистку и техническое обслуживание
задачи удваиваются (рис. 15).
- Форсунка часто располагается рядом с мостом. С этой аранжировкой материал отскока всегда накапливается на мосту, вызывая дополнительную силу на систему привода и увеличение времени очистки. Диапазон распыления также меньше, чем со стрелой из-за мостовой конструкции.
- Для поддержки одного моста используются две тележки. Синхронные движения всегда являются проблемой после выхода из строя энкодера и наклона зубчатого венца. к повреждению.

Рисунок 15. Два моста на одном кольце

- Другой вариант — использовать только одного робота на кольцо, но с каждым дополнительным роботом необходимо добавить настил из торкретбетона длиной 20 метров. Это увеличивает резерв длины, туннельный конвейер, а также все кабели и шланги для работать, что делает его очень дорогостоящим.
В предыдущих проектах Роббинс закупал системы у европейских поставщиков. Однако из-за критической нехватки времени и требований заказчика это было невозможно для Цзилинь. Вместо этого Robbins China взяла на себя инициативу по разработке инновационной системы и источнику
детали от трех поставщиков для удовлетворения требований и снижения затрат:
Импортные детали от европейского поставщика
- Насосы для торкретирования со шкафным управлением
- Дозатор
- Телескопическая стрела с роботом
- Частичные кабели и шланги Структура и система от местного поставщика
- Подвижное механическое кольцо с дистанционным управлением
- Каретка и система привода
- Гидравлический силовой агрегат
- Телескопическая стрела с роботом
- Частичные кабели и шланги

Аксессуары от Robbins Китай
- Трубопровод
- Шланги
- Муфты и колена
- Кабели

L2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ НАБРЕТАНИЯ И ИННОВАЦИИ

Перемещение бункера для торкретбетона в позицию Инновационная система торкретирования включала несколько ключевых изменений. Бункер для торкретбетона доставляются от станции метро локомотивом и вагоном-платформой. Пустой Корзина на машине должна быть перемещена в зону хранения до прибытия поезда.

Склад обычно располагается на противоположной стороне торкрет-насоса. На В предыдущих проектах для подъема использовалась система лебедки или электрический кран, но в новом система использует гидравлический кран (Рисунок 16). Новая конструкция гидравлики.

Подъемный кран для торкрет-бетона имеет больше преимуществ, чем оригинальная конструкция, как показано ниже:
- Высокая скорость и простота в эксплуатации. Обычно менее 3 минут, чтобы поставить мусорное ведро на позиции.
- Кран может поднимать макс. 30-тонные бункеры и производительность более стабильны чем лебедка с тросами.
- Конструкция тележки для торкретбетона проще, а гидравлический кран требует меньше места над головой, чем при использовании лебедки для перемещения бункера для торкретбетона Механическое кольцо и система перемещения Проект требовал мин. Длина хода 6 метров для каждой форсунки. Учитывая недостатки традиционного типа стрелы и моста, был разработан новый тип кольца как на рис. 17 и рис. 18. Один комплект ходовой части с кареткой с гидравлическим приводом добавляется на мостовую конструкцию ТБМ. Круговое кольцо затем соединяется

Рисунок 16. Схема перемещения бункера торкретбетона

Рис. 17. Механическое кольцо и система перемещения

Рис. 18. Механическое кольцо и система перемещения

с ходовой тележкой и длиной хода до 4,5 м плюс 1,5 м укороченной стрела для более гибкой работы.  Узел опорного колеса установлен под мостом с боковыми защитными пластинами для удержания грязь из дорожки. Механический ход кольца приводится в действие гидравлическими двигателями. Учитывая слабую грузоподъемность каретки окружного привода, привод
двигатель был увеличен, чтобы увеличить рабочий объем на 25%, а макс. Непрерывный

Рис. 19. Штанга 1,5 м с распылительной насадкой

крутящий момент увеличился с 490 Нм до 610 Нм. Вес стрелы также был уменьшен. на 30%, при этом достигается высокий уровень безопасности
фактор. Торкрет-робот Стрела и робот были переработаны ниже:
- Замените более длинный телескопический стрелы до 1,5 метра (Рисунок 19).
- Замените приводной двигатель и подшипник с большей грузоподъемностью.
Увеличьте толщину пластины и Диапазон регулировки расстояния распыления.

Добавлены дополнительные опоры и т.д.
- Обновление гидравлического клапана для новых мощность привода
- Форсунка испытана и использовался в проекте Цзилинь для короткое время до прибытия
импортные комплектующие. Распылительная форсунка новой конструкции использовалась на
следующий участок туннеля более полугода с очень хорошими показателями
(Рисунок 20).

Рисунок 20. Распылительная форсунка, установленная на месте

Насосы для торкретирования

Насосы для торкретирования располагались на порталах 1 и 2, сразу за торкрет-корпусом мост. Расстояние от насоса до форсунки составляет около 20 метров. Короткая расстояние транспортировки облегчает очистку и снижает вероятность блокировки. На рис. 21 показано расположение насосов для торкретирования.

Рисунок 21. Расположение насосов для торкретирования

HPU и гидравлическая система Гидравлическая система также была обновлена — мощность ГНС изменилась с 22 кВт.
до 55 кВт, и были добавлены новые клапаны для механического перемещения кольца. Схема такая ниже (Рисунок 22).

Система контроля

Электрическая система управления управляет насосом для торкретирования, стрелой и распылительной форсункой. управление и подвижное механическое кольцо управления. Элементы управления исходят из разных поставщики и Роббинс объединили их вместе с общедоступным протоколом связи. На рис. 23 показана схема электрического управления набрызг-бетона.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В середине мая 2018 года была установлена ????национальная рекордная ТБМ Robbins с главной балкой длиной 7,9 м (26 футов). в Цзилиньском тоннеле Лот 3 прорвался. Последовала официальная церемония в память блестящее выполнение операции по прокладке туннеля и ее досрочное завершение. Проект прорвался почти на пять месяцев (147 дней) раньше запланированного срока. Проект достигнут самый быстрый месячный рекорд скорости продвижения - 1423,5 м / 4670 футов - когда-либо зарегистрированный для ТБМ диаметром от 7 до 8 м в Китае. И машина достигала более 1000 м в месяц три месяца подряд. Торкрет-система сыграла неотъемлемую роль в быстрый процесс туннелирования. Новая разработанная система торкретирования L2 хорошо зарекомендовала себя в проекте Цзилинь. На основе опыт, следующие рекомендации должны быть рассмотрены для будущих проектов:
- Гидравлический кран — это интеллектуальная система с высокой скоростью и меньшей высотой подъема.подходит для перемещения бункера торкретбетона
- Учитывая условия эксплуатации туннеля и условия эксплуатации торкретбетона, рекомендуется система привода с коэффициентом безопасности не менее 2.
- Подвижное механическое кольцо – хороший выбор для бурения туннеля глубиной более 5 метров. диаметр. С короткой стрелой 1,5–2 метра. изгибающий момент на роботе намного меньше, и шланги можно легко зафиксировать и защитить.
- Насос для торкретирования должен находиться как можно ближе к роботу, насколько это возможно. меньше остановок и засоров в шлангах.
- Для хорошей коммуникации необходимы профессиональные, опытные местные поставщики, сокращение времени доставки и быстрый ответ. Опытный поставщик ТБМ может улучшить производительность системы и найти способы снизить стоимость.