АННОТАЦИЯ:

Проект Центрального метро Сан-Франциско представляет собой сложный современный пример городского туннелирования в условиях ограниченного пространства. Две машины для балансировки давления грунта (EPB) диаметром 6,3 м прокладывают параллельные туннели длиной 2,5 км под низким покрытием и в смешанных грунтовых условиях. Небольшая стартовая площадка, расположенная между межштатной автомагистралью и съездом, сильно изогнутая трасса туннеля и геология представляют собой особые проблемы. Эти элементы требовали индивидуальной конструкции туннеля и машин, начиная от отгрузки и сборки ТБМ, заканчивая запуском и выемкой грунта.

В этом документе обсуждаются проблемы и решения проекта Центрального метрополитена с акцентом на ТБМ и непрерывную конвейерную логистику. Требования проекта включают в себя взрывозащищенные электрические компоненты, лазерную съемку, транспортные средства снабжения на резиновых колесах, а также машины и резервные решения для крутых склонов и крутых поворотов.

ВВЕДЕНИЕ:

ПРОБЛЕМЫ ГОРОДСКОГО ТОННЕЛИРОВАНИЯ

Прокладка тоннелей в городских районах сопряжена с определенными трудностями, которые необходимо решить на всех этапах проектирования и строительства. Несмотря на то, что при прокладке туннелей в городских районах существует множество политических, экологических, финансовых и логистических проблем, в этом документе основное внимание уделяется проблемам, рассматриваемым с точки зрения производителя ТБМ. Основная проблема, с которой столкнулись, - это пространство на уровне сайта. Чаще городские туннельные работы относительно невелики. В идеальной ситуации на стройплощадке должно быть достаточно места для размещения всех деталей ТБМ, услуг и вспомогательного оборудования для проходки тоннелей. В большинстве городских районов это не так, поскольку уровень земли обычно перегружен другой инфраструктурой. Из-за этого пусковые и приемные шахты туннеля необходимо втиснуть в существующие неиспользуемые или недоиспользуемые участки. TBM должен иметь возможность разбиваться на более мелкие части, чтобы соответствовать этим небольшим объектам и перемещаться по ним. Затем TBM необходимо собрать, запустить, эксплуатировать и разобрать с соблюдением тех же ограничений. В городских условиях используются туннели самых разных размеров: от микротоннелей коммунальных служб до многополосных мегатуннелей на автомагистралях. В этом документе основное внимание будет уделено проблемам, характерным для туннелей размером с легкорельсовый транспорт. Также необходимо учитывать меры по защите окружающей инфраструктуры. Мониторинг осадки и мониторинг объема земляных работ — две такие меры, которые можно использовать для обеспечения минимального нарушения на уровне земли. Эффективная, недорогая и надежная транспортная сеть является важной частью любой план урбанизации, поскольку он перемещает людей и товары внутри и через эти городские районы. Как правило, по мере роста городов их потребность в этих сетях увеличивается, но пространство, необходимое для них, пользуется большим спросом со стороны других форм инфраструктуры. В прошлом и еще больше в настоящем и будущем города используют подземное пространство для создания и расширения своих транспортных систем.

Окружающая инфраструктура

Прокладка городских тоннелей представляет собой уникальную проблему по ряду причин, одна из которых заключается в том, что окружающая инфраструктура уже существует. Проектирование и строительство туннеля рядом с другими зданиями, дорогами, автомагистралями, инженерными коммуникациями и другими туннелями должно осуществляться таким образом, чтобы свести к минимуму риск. Обычно эту инфраструктуру необходимо поддерживать в рабочем состоянии на всех этапах проходки туннеля. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы либо спроектировать туннель таким образом, чтобы избежать этой инфраструктуры, либо иметь надлежащие планы смягчения последствий на случай, если что-то пойдет не так. Кроме того, из-за имеющейся наземной инфраструктуры пространство часто ограничено для сборки, запуска, эксплуатации и восстановления ТБМ и связанных с ней систем. Для успеха проекта жизненно важно, чтобы детали сборочных, пусковых и приемных площадок были доведены до сведения производителя ТБМ как можно раньше в процессе проектирования. Требования к площадке могут сильно повлиять на конструкцию машины, поскольку может потребоваться, чтобы ТБМ была настроена для удовлетворения особых требований по сборке/разборке.

Подробные планы сборки также могут быть созданы по мере разработки машины, чтобы подтвердить

Рис. 1. Опускание секций машинного щита, Линия MX12, Мехико, Мексика

логистика доставки деталей на площадку, кран и требования к подъему или специальные инструменты или процедуры
которые необходимо создать (см. рис. 1, ограниченное пространство сборка в Мехико). Часто сложная геология мягкого или смешанного грунта
Одна из самых больших недоопределенных переменных в большинстве туннельные проекты - это геология туннельных трасс. Многие люди предполагают, что вы можете никогда полностью не определять все параметры конкретного геологии, а только оценивают их путем отбора проб
дискретные области и экстраполяция результатов. Это где опыт подрядчика и история туннелей в этом районе бесценны. Прошлое выполнение проектов проходки тоннелей вблизи предлагаемого выравнивание может дать огромное понимание прогнозируемого геология и производительность текущего проекта. Еще одно обязательное условие — работа с производителем ТБМ. чтобы убедиться, что спецификации TBM должным образом настроены, чтобы машина могла эффективно работать в все ожидаемые условия и не только.
Геология городских объектов, как и любой части мира, очень разнообразен, но многие городские районы расположены в аллювиальных зонах. Люди исторически поселились у воды, и многие городские районы выросшие из этих поселений на протяжении веков. Это Крайне важно, чтобы подробные геологические и гидрологические исследования, проводимые при прокладке тоннелей в городских условиях.

Риск и последствия того, что что-то пойдет не так из-за неожиданных геологических условий больше в городах из-за близости уязвимой инфраструктуры. Тщательный геологический исследование должно определить местонахождение всех ожидаемых тип грунта и уровень грунтовых вод на всей выравнивание тоннеля. Эта информация должна быть передана с поставщиком ТБМ с момента начала дизайн, чтобы гарантировать, что машина способна работы в таких условиях. Из-за аллювиальная геология большинства городских участков, большинство последние проекты городского туннелирования были завершены с балансировкой давления грунта или шламовыми ТБМ. приемка и производительность этих машин имеет сильно вырос за последние несколько десятилетий. Риск для оседание значительно сокращается благодаря технологии эти машины, если они правильно эксплуатируются. Они стали гораздо более индустриализированными по сравнению с лет, повышая скорость и эффективность бурения цикла (см. рисунки 2 и 3, показывающие разнообразие настройки режущей головки).

Выравнивание тоннеля

Выравнивание городских туннелей также может быть довольно изогнутые как по горизонтали, так и по вертикали. В большинстве случаев профиль туннеля будет следовать вместе с контуром местности. Кроме того, выравнивание может следовать путь наземных улиц, чтобы соединиться между станции, расположенные вдоль этих улиц. Эти улицы редко располагаются прямыми линиями; следовательно, общий маршрут метро может иметь сложные кривые в дизайн. TBM должен быть спроектирован таким образом, чтобы иметь возможность обрабатывать эти кривые плюс некоторая погрешность, позволяющая для корректировки рулевого управления.

Низкая крышка

Многие городские туннели спроектированы с низким покрытием. по их выравниванию. В среднем от 1,5 до 3 раз диаметр обычный. С этим количеством покрытие, расчет в связи с эксплуатацией ТБМ огромный риск. Мониторинг расчетов и смягчение последствий планы, такие как улучшение грунта или замораживание грунта, должны быть на месте, чтобы покрыть этот риск. Эксплуатация ТБМ с правильными параметрами также является огромным фактором в сведение к минимуму количества осадков, видимых на поверхности. Если за этими параметрами не следить бдительно и поддерживал тогда поверхностные нарушения грунта из-за чрезмерной выемке грунта, выбросам или неполной хвостовой пустоте может произойти заполнение. Чрезмерные раскопки в начале также необходимо рассмотреть отверстие. Каждая машина и у геологии есть кривая обучения, и это должно быть ожидаемые и соответствующие принятые контрмеры.

Заморозка грунта, предварительное цементирование, струйная цементация и т.п. могут быть реализованы как на старте бурения и на определенных ключевых участках вдоль трассы для снижения риска расчетов. Вовремя

Рис. 2. Режущая головка смешанной формы

скважина, инструменты и средства управления, такие как осадка грунта мониторы, ленточные весы, расчеты объема кольцевого раствора, и т. д. может и должен быть на месте для выявления когда происходит неприемлемое урегулирование и когда планы смягчения должны быть введены в действие. Стоимость и график проекта Стоимость и продолжительность проекта всегда беспокоят любого проекта, но особенно в городских условиях. Так как городские туннели имеют более высокую видимость и они повлиять на большее количество людей и инфраструктуры, сроки
для строительства необходимо иметь в виду и обычно также сведен к минимуму. Решение должно быть принято заранее включено, если более эффективно работать с несколькими машинами и сократить продолжительность проекта или скучно с меньше машин и увеличить продолжительность. Короче параллельные туннели, одна машина может быть лучше вариант, но по мере увеличения длины туннеля более машины становится эффективным решением. Проект владелец или подрядчик должен изучить план туннеля и определить оптимальное решение ситуации. Одним из важнейших факторов является взвешивание дополнительных стоимость и сложность эксплуатации нескольких машин на фоне увеличения продолжительности проекта с меньше ТБМ.

ПРИМЕР ГОРОДСКОГО ТОННЕЛИРОВАНИЯ: SAN
ФРАНЦИСКО ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МЕТРО Проект расширения центрального метро Сан-Франциско
добавит в город жизненно важную связь между севером и югом, соединяющую
торговые, туристические и исторические места с быстрый и эффективный общественный транспорт. Проект будет создать двухтрубную пристройку к Т-линии Третьей улицы,

Рис. 3. Режущая головка для мягкого грунта

расширив его от станции Cal Tran на 4-й улице до Китайский квартал. Планируемая дата открытия пристройки в 2019 году. Подрядчик СП Барнард Импрегило Компания Healy была выбрана для завершения строительства основного туннеля. работы владельца проекта San Francisco Mass
Управление транзита или SFMTA. Подрядчик выбран и приобрел два 6,3-метровых гравиметра Robbins Earth Pressure. Балансировочные машины для бурения параллели длиной 2,5 км туннели. Обе машины запускались последовательно от 4-й и Брайант-стрит на север в сторону Чайнатауна. Они будут удалены из приемной шахты, расположенной через дорогу от парка Вашингтон-сквер.

Проблемы проекта

• Густонаселенный городской район в историческом город.
• Небольшая пусковая яма с низкой высотой головы и в основном покрыты стальными пластинами, расположенными ниже автомагистрали между штатами, которая позволяет
сборка только одной ТБМ единовременно.
• Крутые уклоны — участки с уклоном ± 7 % не допускаются. использование обычных  локомотивов.
• Извилистая трасса — радиус 137 м. кривая, за которой следует кривая 260 м
• Сложная геология — 753 м створа. будет в «Комплексе францисканцев»:
Абразивный песчаник, прочный на режущей головке, дисковые фрезы и винтовой конвейер.
• Классифицируется как «Потенциально газированный».
• Cal/OSHA и многочисленные регулирующие органы сложными, противоречивыми и
чрезвычайно строгая безопасность и экологичность коды.

Рисунок 4. Выравнивание тоннеля и станции (Изображение предоставлено: Презентация SFMTA перед тендером)

Выравнивание

Как и сам город Сан-Франциско, туннель выравнивание имеет почти непрерывную высоту и
изменения оценки (исправьте это)Выравнивание начинается с пересечение 4-й и Брайант-стрит. Машины будет запущен курсом на северо-запад ниже 4-й улица, дайвинг сразу. Туннели выровняются затем резко поверните направо (R 137 м) в сторону север на Маркет-стрит, где они пройдут под две другие действующие линии метро. Для того, чтобы обеспечить безопасность этих линий во время буровых работ, система уровня жидкости, работающая совместно с продольные и поперечные тензодатчики и другие приборы будут использоваться для наблюдения за арушением грунта.

Система будет использоваться под живые треки и определить, будут ли меры по смягчению последствий расчетов должны быть выполнены. После выезда с Юнион-сквер/Маркет-стрит Станция ТБМ продолжается ниже Стоктон-стрит. при крутом наборе высоты 7% примерно 800 м через Францисканская порода. Туннели проходят под Нобом Хилл и туннель Стоктон-стрит, который представит больше мероприятий по мониторингу поселений и дополнительная проблема увеличения вскрышных пород. После Станция Chinatown есть еще одна длинная R 850 м
поворот непосредственно перед финалом, примерно 100 м, 7% подняться к поисковой шахте. Выходной вал на двоих машины расположены на Коламбус-авеню и Юнион-стрит. напротив парка Вашингтон-сквер (см. рис. 4).

Геологическая обстановка

Геология трассы тоннеля смешанная и варьируется от грязевых отложений, песка и глины до песчаника, аргиллиты и сланцы. ТБМ встретятся три разрозненные геологические формации: Колма,  Старый залив и францисканский. Однако заявив, что существует Есть только три типа грунта — это сильное упрощение. Наверняка будет широкий спектр разнообразных и колебания грунтовых условий между этими три генерализованных образования. Ожидается, что три формации будут распределяется примерно следующим образом:
• Колмская формация (поверхностные грунты): ~ 1750 м
• Недифференцированные отложения Олд Бэй: >500 м
Вкрапления
• Францисканская коренная порода (песчаник): ~ 750 м
• Максимальная прочность породы (UCS): 27 МПа

Технические характеристики машины и резервного копирования

ТБМ были разработаны с рядом специальных функции для эффективного управления разнообразной геологией, перемещаться по крутому и поворотному выравниванию и бурить в том, что было оценено как «Потенциально газированный с Особые условия» Cal/OSHA.
Была выбрана режущая головка смешанного типа и предназначен для копания самых разных грунтов от мягких грунтов до крепких пород, а также диафрагмы стены. Изнашиваемые поверхности режущей головки покрыты плакировкой.

В сочетании с покрытием из карбида хрома, твердым облицовка и биты из карбида вольфрама, чтобы обеспечить срок службы головка в абразивной среде. ТБМ могут быть оснащен либо полной засыпкой из мягкого грунта инструменты (кирки, рыхлители, скребки и т. д.) или смешанная одежда который включает 17-дюймовый, с компенсацией давления дисковые фрезы, когда машина столкнется с камнем или бетон. Сорок специально разработанных корпусов имеют
возможность установки либо дисковой фрезы, либо мягкого грунта инструменты. Коэффициент открытия составляет 31%, что позволяет эффективно и контролируемый поток навоза через головку. Гризли батончики также включены для предотвращения валунов, которые слишком
большой, чтобы пройти через винтовой конвейер от входа смесительная камера. Режущая головка также имеет 5 портов подачи пены и 2 порта подачи воды для кондиционирования почвы и программируемый копировальный аппарат для создания дополнительный перерез для преодоления крутых поворотов. Для того, чтобы определить необходимость вмешательства там
также 3 набора бит обнаружения износа для автоматического определить, когда износ резцов снизится до неприемлемые уровни. Режущая головка приводится в движение пятью, 210 кВт

Электродвигатели с частотно-регулируемым приводом, передающие мощность
с помощью многоступенчатых планетарных редукторов и бычья шестерня большого диаметра. Эта установка является неотъемлемой частью Моделирование трехосного основного подшипника с высокой грузоподъемностью на твердокаменных ТБМ. Управление двигателем ЧРП
позволяет бесступенчато регулировать скорость ножевого вала.

Как и все EPBM, TBM Central Subway оснащен винтовым конвейером. К счастью, относительно низкое гидростатическое давление только в этом проекте требуют использования одноступенчатого шнека. Однако, из-за абразивных свойств навоза владелец имеет сменную защиту от износа на обоих пролетов шнека, а также корпуса шнека.

К приспособиться к этому, кожух винтового конвейера состоит из нескольких сменных секций.
Из-за сложной геометрии выравнивания, точное управление ТБМ через узкие
кривых (минимум R 137 м) является одной из ключевых проблем проекта. Для этого нужно было
для сочленения щитов ТБМ. Активная артикуляция система была интегрирована, так как она позволяет цилиндры остаются параллельными хвостовой обшивке и реагируют поровну с сегментами. Эта функция снижает риск повреждения сегмента, деформации кольца или осадки
во время растачивания. Как и все проекты туннелей с высокой степенью городской застройки, еще один ключевой проблемой является потеря грунта или осадка, особенно где трасса пересекает живое метро железнодорожные тоннели. Как отмечалось выше, владелец и подрядчик
имеют высокоинструментированные ключевые районы, где заселение может представлять серьезную опасность для существующего имущества или инфраструктуры. Для предотвращения потери земли система контроля и измерения выемки материал также должен быть реализован, чтобы исключить чрезмерную раскопку. Машина оснащена двумя электронными вес и объем туннельного навоза, перемещаемого вниз по резервному конвейеру. Эти измерения затем сравниваются с теоретическими значениями, чтобы определить если происходит чрезмерная раскопка. Машины также иметь активную систему поддержки лица, которая может обнаруживать если в котловане происходит быстрая потеря давления лицо. Система автоматически введет сжатый Бентонитовый шлам в смесительную камеру для восстановить потерянное давление. Затем оператор закроет гильотина запирает винт до тех пор, пока торцевое давление не будет восстановлен, и можно безопасно возобновить работу. Геология выравнивания имеет потенциал содержать легковоспламеняющиеся концентрации легковоспламеняющихся газы. По этой причине требование электротехнической дизайн обеих машин должен соответствовать ANSI/NFPA Соответствие классу 1 разделу 2. Это было достигнуто с помощью сочетание искробезопасных электрических конструкции и герметичные или продуваемые шкафы во всех областях машины. Машины также оснащены система обнаружения газа для определения присутствия нескольких газов в туннеле. Обе машины и их соответствующие резервные копии были собраны на заводе и испытаны в Роббинсе. Завод Pudong в Шанхае, Китай. Машины затем были разобраны и отправлены в Сан Франциско. Обе машины были отгружены в крупнейший сборочные узлы возможны для уменьшения время сборки на месте (см. рис. 5).

Рисунок 5. Первый из двух Сан-Франциско Сентрал EPB метро со смешанным грунтом конфигурация

Конвейеры непрерывного действия Чтобы убрать грязь из туннелей, подрядчик принял мудрое решение найти компанию Robbins Continuous конвейеры, спроектированные и изготовленные по специфические требования сайта. В дополнение к своему способность транспортировать навоз по необслуживаемым уклонам традиционными локомотивами, система обеспечивает другие выгоды. К ним относятся более высокая доступность системы, меньше времени простоя и, что более важно, значительно упрощено логистика по сравнению с железнодорожной жижей
легковые автомобили. Поезда снабжения материалами/персоналом бесплатны. приходить и уходить в любое время. Конвейер каждой ТПМ выгружает породу на наступающая хвостовая часть, установленная на задней шестерне, которая содержит и выравнивает хвостовой шкив туннельного конвейера. На хвостовике есть «установочное окно» через которую собирается несущая конструкция и корытные бездельники прилагаются. Как ТБМ авансы, структура и корыто бездельников появляются сзади хвостовика, а опоры боковой направляющей и установлены возвратные ролики. Оттуда навоз откладывается в непрерывный туннель конвейер. Обе выдвижные конвейерные системы оснащен кассетой для хранения ремней емкостью 500 м и стенд для сращивания, позволяющий ТБМ сверлить примерно 250 м до более армированного тканью нужно добавить пояс. Бельтинг добавляется во время регулярные плановые смены обслуживания ТБМ.  непрерывные туннельные конвейеры укладываются на единую стационарный наземный конвейер, расположенный в кормовой части пусковой коробки, которая питает ближайший радиальный укладчик конвейер (см. рис. 8).

Поставка материалов и персонала Поставка сегментов тоннельной обделки, расширение  нженерных сетей поставки, другие материалы и персонал обрабатывается использование специально разработанных автомобилей с резиновыми шинами (РТВ). RTV спроектированы для движения по изогнутым туннельный инвертор с автоматическим самоцентрированием, а также как плоская поверхность с плавным переходом от одного к другой без ввода оператора. Для переговоров крутые повороты и пройти через заднюю шестерню ТБМ, РТВ сочлененные. Дальнейшее страхование для предотвращения столкновения предусмотрена система автопилота который включается, когда RTV приближается к
резервное копирование и безопасно ведет его через. Единственной наиболее важной особенностью является то, что RTV имеют кабины оператора на каждом конце, что позволяет въезжать и выезжать из туннеля без быть развернутым или нуждающимся в «отступлении»
(см. рис. 9). Статус проекта на момент публикации— Середина декабря 2013 г.

В настоящее время первая ТБМ полностью введена в эксплуатацию, построил 428 колец (652 м) и бурит на частота 16–20 колец в день. Типичная операционная «день» — это 20 часов работы, состоящих из 2 ? 10 часовая рабочая смена и 4 часа на машину Обслуживание. Непрерывная конвейерная система полностью устанавливается на этот диск и с него течет гадость на наземный конвейер на радиальный укладчик. Вторая ТБМ также была собрана и запущен с полной установленной задней опорой. После продвижение на 113 м (74 кольца) с использованием поршневых насосов для сброс навозной жижи, начальная секция завершена в середине ноября 2013 г. В настоящее время бурение приостановлено. пока подрядчик снимает поршень

Рисунок 7. Опускание секции машинного щита (Изображение предоставлено SFMTA)

Рис. 8. Горизонтальные конвейеры, огибающие изгиб

Рис. 9. Транспортные сегменты RTV

насосная система, упорная рама и временная свободно стоящие кольца. Параллельно они начнут
установка главного привода, кассеты для хранения ремня и остальные компоненты непрерывного конвейера система для завершения процесса ввода в эксплуатацию и

ВЫВОДЫ

Строительство тоннелей в городах может быть трудным и рискованным делом. но тесное сотрудничество с производителем ТБМ может значительно облегчить многие из этих трудностей. Имея уверенность в том, что самые современные технологии используется большая часть риска городского туннелирования может быть уменьшена. Также имея детальную сборку, запуск,
операционные и расчетные процедуры смягчения место в начале проекта может значительно увеличиться его шансы на успех.