Современные проходческие щиты являются головными частями тоннелепроходческих комплексов (ТПК). В короткой статье мы постараемся познакомить вас с устройством сложнейшего и высокотехнологичного комплекса. Ведь ТПК достоин сравнения с современной подводной лодкой или космическим кораблем.
ТПК выполняют ряд операций: от проходки грунта до установки поддерживающих структур и гидроизоляции. Применение ТПК обеспечивает высокую скорость и качество бурения, защищают работников от обрушений, затоплений. Предусмотрены системы вентиляции, сбора пыли. Организовано удаления породы, а также возможность эвакуации в нештатных ситуациях.
Непосредственно щит представляет собой планшайбу, на которой закреплены специнструменты (резцы и пр.). При ее вращении они воздействуют на грунт резанием и давлением. Устройство можно сравнить с гигантской торцевой фрезой.
Интересно. Самый большой в мире проходческий щит диаметром 17.6 м. был сооружен для тоннеля в Гонконге. А рекорд скорости проходческого щита — 1240 метров в месяц был установлен в Ленинграде в 1981 году.
По мере продвижения режущего диска вперед происходит монтаж укрепляющих колец и весь остальной комплекс работ.
Основные принципы работы оборудования следующие:
· Принцип распределенного давления на грунт позволяет предотвратить обрушение, обеспечить стабильность конструкции тоннеля;
· использование специализированного режущего инструментария. В зависимости от типа грунта, проходческие щиты оснащаются различным режущим инструментом - от простых зубов до буровых установок;
· принцип адаптивности также играет важную роль. Системы автоматического контроля и регулировки позволяют настраивать работу машины под условия конкретного участка тоннеля;
· циркуляция воздуха и удалением вынутого материала. Системы вентиляции и транспортировки материала интегрируются в конструкцию щита;
· принцип герметизации проходов. Уплотнители и материалы, формирующие защитный барьер между грунтом и тоннелем, минимизируют риск затопления.
Отметим, что сложное, высоконагруженное оборудование требует ухода. Организации обслуживания ТПК, ремонта проходческих щитов уделяется большое внимание при создании техники.
Несколько направлений в производстве машин для тоннелепроходческих работ
· Применение инновационных материалов увеличивает надежность и долговечность техники;
· интеграция информационных технологий и систем управления проходческие щиты оснащаются датчиками и исполнительными устройствами, которые держат под контролем процесс прокладки и состояние оборудования. Системы управления на базе искусственного интеллекта анализируют данные о давлении грунта, температуре, вибрации и других параметров, автоматически корректируют работу техники;
· инновации в механике и гидравлике повышают эффективность ТПК. Разработки новых режущих головок, улучшение систем удаления породы и оптимизация гидравлических систем позволяют адаптироваться к различным типам грунта и увеличивают производительность;
· улучшение условий труда операторов и обеспечение их безопасности достигается за счет оснащения кабин управления системами жизнеобеспечения, внедрением систем дистанционного управления. Последние позволяют управлять комплексом из безопасной зоны.
Основные модели проходческих щитов
На выбор ТПК влияют такие факторы как тип грунта, размер туннеля или шахты, гидрогеологические условия и экологические требования. Рассмотрим классификацию ТПК по сферам применения.
Герметические предназначены для работы в условиях высокого гидростатического давления. Они обладают уникальной способностью герметизировать рабочее пространство, при проходке тоннелей под водными объектами или в районах с высоким уровнем грунтовых вод.
Открытые проходческие щиты, используются в сухих, устойчивых грунтах. Применение этих ТПК обосновано для городских местностей, где важно минимизировать влияние строительства на поверхностную инфраструктуру и окружающую среду.
Щиты со смешанным режимом работы адаптируются к условиям грунта, благодаря сочетанию характеристик открытых и герметизированных систем.
Специализированные модели. Применение таких проходческих щитов предназначены для прокладки тоннелей в особо трудных условиях - например, в замерзших грунтах или при высокой сейсмичности.
Эко-дружелюбные модели минимизируют вредное воздействие на окружающую среду, используя энерго- и ресурсосберегающие технологии, специальные методы управления отходами.
Рынок проходческих щитов
Географически рынок варьируется в зависимости от региональных особенностей развития инфраструктуры. Азиатско-Тихоокеанский регион демонстрирует темпы роста благодаря строительству в Китае, Японии и Южной Корее. Европейский рынок ориентирован на модернизацию инфраструктуры и разработку экологически чистых технологий.
В Северной Америке фокус делается на улучшении транспортной доступности и безопасности. Современный рынок характеризуется несколькими важными направлениями развития.
· Внедрение инноваций, совершенствование технологий тоннелестроения. Разработка мощных и компактных проходческих щитов, способных работать в различных геологических условиях. Применение передовых материалов, интеграция систем управления и мониторинга, использование искусственного интеллекта для анализа данных и автоматизации процессов повышают производительность и безопасность работ.
· Вторым значимым направлением является экологическая устойчивость. Она стимулирует разработку щитов, потребляющих меньше энергии и способных работать с минимальными выбросами.
Третьим фактором, является интеграция с другими технологиями. Сотрудничество с производителями геолокационного оборудования, разработчиками программного обеспечения для моделирования и планирования горных работ, систем дистанционного управления, позволяет создавать комплексные решения, повышающие точность и безопасность проходки.
