АННОТАЦИЯ:

Во многих тоннелях, проложенных ТПМ, появление продавливаемого грунта, высоких наплывов вода, каменная глыба и другие проблемы - реальная возможность. Решения для сложных грунтов (DGS) снижает риск для подрядчиков и владельцев в этих условиях, обеспечивая при этом точную изучение. История того, как эти методы стали применяться на практике, связана с трудностями, которые проверяли характер экранированной ТБМ для твердых пород на недавнем проекте. Результатом этих проблем стало новое способ справиться как с прогнозируемыми, так и с непредвиденными условиями грунта в скальном и смешанном грунте. СГД такие как двухдиапазонные приводы режущих головок, системы впрыска цементного раствора под высоким давлением для облицовки стабилизация и контроль прорыва воды настраиваются и должны рассматриваться как встроенные в экранированные ТБМ. В этом документе будут рассмотрены решения, основанные на полевом опыте, инструменты, необходимые для успешны на трудном грунте и как они применяются.

1. ВВЕДЕНИЕ

Технология TBM быстро развивается для сложные земляные работы. Будь умным
функции включают измерение во время бурения (MWD), камеры контроля режущего аппарата, или датчики для контроля сходимости земли,  современные ТБМ оснащают подрядчиков знание. Специализированные уплотнительные системы могут
вооружить подрядчиков методами успешного и безопасно обрабатывать притоки воды под высоким давлением вверх до 30 бар. Обсуждаемые проекты, в том числе Турецкие водные тоннели Карги и Гереде. а также объездная дорога Rondout Bypass в Нью-Йорке, продемонстрировать возможности технологии TBM для провести подрядчиков через перчатку условия. Даже при требовательности обстоятельств сегодняшних ТБМ в сочетании с передовые технологии исследования грунта, может проложить путь в самой трудной скале.

1.1 Решения, основанные на практическом опыте

Рассматриваемый проект начал свою подпольную раскопки в 2012 году недалеко от Анкары, Турция, с использованием ТБМ с двойным экраном диаметром 10 м (см. рис.
1). Известный как проект гидроэлектростанции Карги, Ожидалось, что первоначальный туннель длиной 11,8 км скучать в более мягкой, но самоподдерживающейся геологии первые 2,5 км, уступив место грамотным скала, которая не требует облицовки туннеля для остальная часть диска (см. Clark, WTC 2015). Однако экипажи сразу столкнулись со многими более трудная земля, чем у них была ожидаемо — все, начиная с беговой дорожки с песком и глиной до глыбовой породы и воды несущие зоны. Пробурив всего 80 метров, ТБМ застрял в секции обрушившегося земля, возвышающаяся более чем на 10 м над корона, загруженная на режущую головку и вокруг нее (см. рис. 1).

В качестве контрмеры, которая была немедленно введена на место, чтобы режущая головка не стала застрял в блочном материале, экипажи начали скучать половина ударов и половина сбросов. Даже с этими меры, машина столкнулась с разделом чрезвычайно рыхлый беговой грунт с высоким содержанием глины содержание. Обрушение произошло перед режущая головка и эффект собора привели к образование полости протяженностью более 10 м над вершиной туннеля. Собор эффект может быть трудно обнаружить и контролировать, поскольку рыхлая порода может садиться на щит и над режущая головка, и соборная пустота может произойти метров над этим материалом. Инъекция полиуретановые смолы через фурмы, вставленные через корпуса фрез и ковши для навоза были метод, используемый для операций консолидации; однако места инъекций были ограничены доступные отверстия и последующие попытки перезапустить ножевой вал оказался неудачный. Обходной туннель был успешно используется для освобождения ТБМ; однако это представляло только первый из семи обходных туннелей
которые будут раскопаны на первых 2 км туннелирование (см. рис. 2).

Стало очевидным, что гораздо более масштабные меры необходимо пройти трудный путь условия. Для улучшения прогресса подрядчик, владелец, консультанты и Роббинс инженеры работали вместе, чтобы сформулировать план улучшить продвижение, модифицировав ТБМ для известные теперь грунтовые условия. Подрядчик, при содействии выездной службы Роббинса бригада, установила изготовленную по индивидуальному заказу навесную буровую установку и позиционер для установки опоры трубы через передний щит. пробурены на расстоянии до 10 м перед режущей головкой, 90 мм трубы диаметра обеспечивают дополнительную поддержку через вершину от 120 до 140 градусов в туннеле корона. Инъекция смол и цементного раствора защищена против обрушения на макушке при раскопках через мягкий грунт. В результате успешного
использование методов зондового бурения, подрядчик смог измерить и засыпать высота полости над режущей головкой в ??некоторых зоны разломов до более 30 м и, кроме того, в состоянии помочь обнаружить рыхлые пласты почвы и трещиноватая порода впереди забоя.

Для дальнейшего смягчения последствий сдавливания грунт или обрушения, изготовленные на заказ шестеренчатые редукторы были заказаны и дооснащены режущей головкой  моторы. Они были установлены между приводом двигатель и первичный двухступенчатый планетарный коробки передач. При стандартном скальном бурении операций зубчатые редукторы работали при передаточном отношении
1:1, не предлагая дополнительных сокращений и позволяет режущей головке достигать расчетных скоростей для бурения хард-рока. Когда машина столкнулся с рыхлым или сдавливающим грунтом были задействованы редукторы, что привело к снижение скорости ножевого вала, но доступный крутящий момент увеличился почти вдвое. Сеть Эффект изменений состоял в том, чтобы позволить Двойной щит TBM, чтобы работать так же, как EPB в зонах разломов и продавливания грунта с высокий крутящий момент и низкие обороты — эти методы эффективно предохранял машину от застревания. Кроме того, были установлены короткоходные упорные домкраты. установлен между нормальной вспомогательной тягой и двойная полная тяга. В конечном итоге, после модификаций в туннеле, машина в Карги смогла выкопать очень эффективно грунтовал, даже пробурил 723 м в один месяц - более чем в два раза выше скорости тренировки и направление взрыва, исходящее от противоположного конец туннеля (см. рис. 3). ТБМ

2 ПУТЬ К УСПЕХУ ТРУДНАЯ ПОЧВА

После уроков, полученных в Карги, решили создать комплексную систему, которая может справиться с различными условиями, с которыми сталкивается защищенные машины в твердых породах. Земля система расследования известна как трудная Ground Solutions (DGS) и состоит из набора интегрированных функций, адаптированных к конкретному Геология проекта. Основные компоненты система позволяет проводить наземные исследования перед ТБМ, усиленный мониторинг и методы предотвратить заедание машинного щита. Основные компоненты перечислены ниже.

2.1 Многоскоростные приводы режущих головок

Как определено в Kargi, индивидуальная режущая головка диски могут помочь в преодолении труднопроходимая местность даже при проектировании ТБМ для бурения в основном в твердых породах. Проектирование машины с высоким крутящим моментом,
возможность непрерывного бурения позволяет режущая головка машины для перезапуска с отрывом крутящий момент на труднопроходимом грунте. Чистый эффект заключается в том, что машина может продолжать скучать в случае столкновение с обрушением и может эффективно пробить зоны разломов и беговая площадка, где существует вероятность заклинивания режущей головки. Идущий еще один шаг вперед, многоскоростные коробки передач дают машина с идеальным крутящим моментом EPB, если сечения большие мягкого грунта (см. рис. 4).

2.2 Конструкция непрерывного опережающего экрана

Когда глыбовая скала или сжимаемая земля Ожидается, что использование экранированной ТБМ может оказаться затруднительным. Риск заклинивания экрана машины является реальным и может быть источником серьезных задержек.
Проектирование для этих условий предполагает создание максимально короткая длина экрана, со ступенчатым щиты при необходимости (особенно если Двойной Используется щитовой ТБМ). Ступенчатый или конический щиты включают в себя каждый последующий щит, имеющий немного меньшего диаметра, чем последний приспособиться к любому сжатию или земле конвергенция по мере проходки ТБМ. Радиальный порты в щитах можно использовать для приложений бентонита для обеспечения смазки между щит и стены туннеля, опять же, чтобы избежать застревания машина. Если машина застрянет, есть дополнительные решения: гидрощит прорыв можно использовать в условиях ловушки. радиальные порты могут быть сделаны для впрыска под давлением гидравлические смазки, чтобы освободить щит, который
уже застряли (см. рис. 5). Наконец, дополнительные упорные домкраты между обычными цилиндры тяги могут обеспечить дополнительную тягу в короткий ход, чтобы освободить застрявший щит.

Рис. 5. Система смазки щита

2.3 Система измерения конвергенции

Опять же, для использования на сжатом или каменистом грунте. в этой системе используется гидравлический цилиндр, установленный наверху щита и подключен к ПЛК ТБМ. Он измеряет зазор экрана в туннельная корона, чтобы при сдавливании или разрушении При обнаружении земли экипаж может принять контрмеры. Эти меры включают использование бентонита смазка, кондиционирование коронки или забойной породы, или планируете заранее использовать другую систему в
область перед тем, как машина может застрять (см. рис. 6).

Рис. 6. Измерение конвергенции с помощью гидравлического цилиндр обнаружения
Разрушения

2.4 Камера для осмотра ножевого вала

Инспекционная камера режущей головки может использоваться для дистанционно осматривать расточенную полость без вмешательства, а также для проверки уровня воды перед ТБМ. Пока эти камеры использовались контролировать смесительные камеры и выполнять осмотр режущих головок в ТБМ с мягким грунтом, их использование в машинах для твердых пород было намного более ограниченный. В новом расследовании земли системы, зонд и инжекторные отверстия в режущая головка и передний щит специально предназначены для установки этих камер (см. рис. 7-8).

Рисунок 7. Камера для осмотра зоны резания

Рис. 8. Порты камеры в ножевой головке

2.5 Контроль прорыва воды

В случае сильного притока воды гильотинные ворота на мусоропроводе эффективно изолировать камеру навоза, чтобы сохранить безопасность экипажа, а также уберечь машину от становится затопленным. Дополнительные надувные уплотнения могут герметизировать зазор между телескопическими щит и внешние щиты двойного щита TBM, чтобы держать все водонепроницаемым. Этот система называется «пассивной» водозащитой потому что ТБМ остановлен на месте (не активно работает). За это время экипаж Затем можно работать, чтобы залить раствором притоки воды и осушить камеру, чтобы контролировать поток перед они снова начинают скучать. Затирочная бригада также иметь дополнительную помощь обратного давления для помощь в заливке цементным раствором (см. рис. 9). Таким образом TBM могут быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать приток давление до 30 бар.

Рис. 9. Приток воды (синий) можно перекрыть внутри навозная камера с гильотинными воротами

2.6 Улучшенное обнаружение земли и укрепление

Один из ключевых уроков Карги заключался в том, что более порты для сверления и другие виды сверл. необходимый компонент экранированного туннелирования в трудная земля. Несколько зондовых сверл могут быть установлен на ТБМ, с портами для обеспечения зондирование узоров в радиусе 360 градусов. Высокое давление закачка раствора может производиться через эти же порты для стабилизации грунта до 40 м впереди забоя (или больше при использовании специализированных дрели). Тип нагнетаемого раствора также может быть специализированные — например, химические или полимерные раствор можно использовать для изоляции грунтовых вод. Наконец, можно установить роторную буровую установку. позади опоры ножевого вала, чтобы обеспечить уплотнение грунта вокруг щита периферия. Сверло для форштевня особенно полезно в трещиноватых породах и зонах разломов (рис. 10).

Рисунок 10. Сверление форштевня (показано красным) для использования в
трещиноватые породы и зоны разломов

3. ПРИМЕНЕНИЕ ЗЕМЛИ СИСТЕМА РАССЛЕДОВАНИЯ:

RONDOUT ЗАПАДНЫЙ ОБХОД

Система наземных исследований будет использоваться на несколько проектов TBM, в том числе в Нью-Йорке Западный объездной туннель Rondout города. по расписанию начнется в 2017 году, проект будет использовать 6,6 м диаметр Однощитовой ТБМ для проходки 4 км длинный туннель под рекой Гудзон. Земля условия, как ожидается, будут состоять из сланца с возможные зоны интенсивного водопритока с повышение давления до 30 бар. Машина предназначен для пассивного удержания потенциально высокое давление воды с использованием привода режущей головки система герметизации и засыпка цементным раствором через хвост. Для защиты машины от такое высокое давление воды, обширная герметизация система была спроектирована. Вокруг основного подшипника, имеется внешний ряд из пяти печатей и внутренний ряд из пяти пломб плюс дополнительная аварийная уплотнение в каждом ряду. Между каждым уплотнением полость заполнен консистентной смазкой под давлением для обеспечения постоянное давление в каждой из полостей. В случае, когда машина выключается и поток воды настигает машину, датчик давления обнаружит это присутствие водой и надавите на каждую полость смазкой. для постоянной защиты уплотнений (см. рис. 11).

Рис. 11. Внешний ряд (вверху) и внутренний ряд (внизу) уплотнения для защиты коренного подшипника от проникновения воды и мука.

Машина оснащена многоступенчатой коробки передач для преодоления сложной местности сложное бурение и предварительная цементация оборудование для обнаружения. Гидравлический, высокого давления погружные молоты способны
точное бурение на расстоянии от 60 до 100 м перед ТБМ, а противовыбросовые превенторы позволяют бурить на высокое давление до 20 бар (см. рис. 12 и 13).

Рис. 12. Усовершенствованное подача смазки бентонита

Ступенчатые щиты обеспечат перерез 50 мм. возможность предотвратить попадание машинного щита застревает, а периферийный щит смазка и шесть портов для цементации могут быть используется для поддержания движения щита вперед в трудная ситуация. Это пример индивидуальная система для ожидаемых геологических трудности. Прокладку тоннеля планируется начать в весна 2017.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ЗЕМЛИ

СИСТЕМА РАССЛЕДОВАНИЯ: ГЕРЕДЕ ВОДНЫЙ ТОННЕЛЬ

Сложная геология Турции делает ее испытание площадка для ТБМ и вода Гереде
Трансмиссионный тоннель не исключение.  тоннель, расположенный недалеко от Анкары, Турция, имеет различные грунтовые условия, которые делают его широко считается одним из самых сложных текущих проектов в стране. Проект протяженностью 31,6 км был запущен в 2010 году с использованием нескольких стандартных двойных Машины для бурения тоннелей Shield. В то время как в основном среда хард-рока, около семи километров в драйв, два из двойных щитовые ТБМ натолкнулись на  труднопроходимую местность условия. Одна машина попала в зону неисправности, которая допустил неожиданный натиск вокруг 1500 литров в секунду воды и насыпи материал, чтобы броситься в TBM. Этот приток привело к достаточному давлению, чтобы раздавить неадекватно спроектированные щиты ТБМ и отправить цилиндры катапультируются в резервную копию. С катастрофический отказ одной машины, это было решил отказаться от ТБМ и посмотреть на новый тип ТБМ.

Геология этого туннеля состоит из песчаника, Известняк и туф с максимальным UCS в диапазоне 100 МПа. В течение выравнивание туннеля есть многочисленные зоны разломов с потенциалом для блочной породы и нестабильной притоки грунтовых вод.

Роббинс 5,56 м Кроссовер TBM, нечто среднее между Rock и ЭПБ ТБМ была выбрана для наземных условий. Уникальная машина просверлит 30 зоны разлома, требующие герметичности ТБМ для до 20 бар, поэтому можно использовать предварительное уплотнение цементного раствора. быть сделано. Режим EPB будет использоваться только при плохом грунт — в этом режиме ТБМ будет последовательно бурить с помощью винтового конвейера вперед и назад ворота. ТБМ был запущен весной 2016 года.
из камеры внутри туннеля, чтобы пробурить оставшиеся 9 км (см. рис. 14 и 15).

Рисунок 14. Сборка ТБМ Гереде в подземном пусковая камера

Рисунок 15. Чертеж поперечного сечения ТБМ Gerede

4.1 Сложные наземные решения в Гереде

Подобно машине Rondout, Gerede ТБМ снабжался двухступенчатой ??коробкой передач.
Благодаря возможности переключения на две скорости машина может легко пробивать различные типы земля. Для твердых пород машина может работать в высокие обороты/низкий крутящий момент и для режима EPB он может переключиться на низкие обороты/высокий крутящий момент. Низкий об/мин/высокий крутящий момент позволяет станку сверлить через зоны разломов и мягкий грунт, уменьшая
риск застрять. Также похож на Rondout и в результате предыдущий опыт в Gerede, обширный приняты меры по защите от массовые наплывы воды. Вокруг главного подшипник, имеется внешний ряд из шести уплотнений и внутренний ряд из трех уплотнений. Суставной сустав, башмаки захвата и стабилизатора загерметизированы в таким же образом. Все эти места имеют два ряды уплотнений с заполненным смазкой, регулируемым по давлению полость между ними для поддержания постоянного давления. Хвостовые уплотнения также загерметизированы в таким же образом с четырьмя рядами уплотнений.

Из-за возможности притока, винтовой конвейер машины также был спроектирован так, чтобы быть полностью герметичным. Если неисправность
зоне встречается большое количество воды, машина все еще сможет продолжать раскопки. В этом случае можно использовать винт. в последовательной операции. Во-первых, сзади разгрузочная заслонка закрыта, герметизируя внутреннюю часть машины от поступающей воды.  винтовые удлинительные цилиндры затем будут толкать заднюю часть винта назад, таким образом потянув винт вне камеры резки и внутри
винтовые кожухи. Далее переборка ворот закрывается, а винтовой конвейер обезвоживается. Задняя разгрузочная заслонка может быть снова открыта, и шнековый конвейер может работать, опорожняя гильзы грязи. Водосборник под бункером мостового конвейера, может быть заполнен остатки воды, поступающие из винта.

Затем вода откачивается из резервной системы. После опорожнения шнека задняя разгрузочная заслонка может быть опломбирована. Переборка ворота можно снова открыть и выдвинуть винт в режущую камеру. Скучно может тогда начинайте до тех пор, пока винтовой конвейер не снова полный. После того, как винт заправлен, он может снова втягиваться и закрываться, начиная процесс заново. Этот процесс может быть медленным, но он может получить машину через зону неисправности и в лучшую землю.

Наконец, из-за непредсказуемой почвы зондовое бурение в условиях имеет первостепенное значение. Необходимо выявить и зацементировать зоны заботиться везде, где это возможно, чтобы защитить машина от проточной земли и воды давление. Машина Gerede достигает этого с использованием стандартного набора из двенадцати портов O100 мм под углом 7°, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. задний щит. Каждый порт закрыт шаровым краном пока это не понадобится для проверки. Есть также десять портов того же размера прямо через передний щит для зондирования и цементации. Шесть в тумбу встроены дополнительные люки на передняя часть машины. Люки есть оборудован для установки дополнительного пневматического ударная дрель, которую можно использовать в центре
часть ножевого вала (см. рис. 16).

Рис. 16. Зонд просверливает отверстие в машине щит

Зондовое сверло на станке Gerede также имеет дополнительная функция. Бур предназначен для вытягивания сзади за хвостовым щитом и под углом
16°, так что он может сверлить за щитами и в облицовка сегмента. Эта процедура предназначена для экстренных случаи. Если вода залила рез камера и давление большое, сверление отверстия в крыше туннеля позволит воде вытекать, тем самым сбрасывая нарастание давления на машине и сегментном кольце.

5. ВЫВОДЫ

Пока проект Гереде продолжается, земля системы разведки и контроля воды, установленные на TBM может помочь снизить риски известных
сложная геология. Общая цель машины особенности заключается в том, чтобы избежать внесения изменений в туннель, как это было сделано в Карги — процесс, который может привести к значительным простоям. Система представляет собой уверенность в том, что машина выдержит ожидаемые и неожиданные условия, и если условия известны, система может быть сделана все более точным. В целом подрядчики и владельцы должны стремиться предоставлять геологические отчеты, которые настолько точны, насколько осуществимо, чтобы разработчики ТБМ могли построить соответствующие ТБМ. Внутритуннельные раскопки продолжаются геологоразведка. Собственники и подрядчики следует уделить полное внимание строительству в земле особенности обследования и лечения при затруднении условия возможны. Благодаря этим особенностям это возможно, чтобы защищенная машина продолжала продвигаться, является ли озабоченность высоким покрытием горных проходка тоннелей с продавливанием и отбойкой пород, водой притоки, зоны разломов или все вышеперечисленное.