Совершенствование технологии строительства вертикальных стволов в условиях плотной городской застройки

Транспортная проблема в городе Москве ухудшается от года к году. Растёт плотность населения, увеличивается количество автомобилей. На этом фоне, отсутствие чёткой градостроительной политики приводит к тому, что дорожная сеть развивается не равномерно, или её развитие отсутствует. Время, затрачиваемое москвичами на дорогу до места назначения, неуклонно растёт.

Мэр Москвы Сергей Семёнович Собянин формирует два основных направление решения транспортной проблемы [1]: во-первых развитие дорожной сети, во-вторых развитие общественного транспорта.

Не для кого ни секрет, что основным видом общественного транспорта столицы является метрополитен. Общее среднесуточное количество пассажиров достигает 7 млн. человек [2]. И именно на развитие метрополитена будут сконцентрированы основные усилия городских властей.

Правительство города собирается финансировать строительство минимум 15 км новых линий в год. И обеспечить в ближайшей перспективе, ввод в строй от 100 до 300 км новых линий метрополитена, так как продление существующих не даст результатов [1].

Такие темпы и объёмы строительства приводят проектировщиков и строителей к решению целого ряда задач, а именно:

• 1.    Строительства новых линий, в условиях сложившейся городской застройки, наличия большого количества существующих подземных коммуникаций, конструкций, линий связи, метрополитена.

• 2.    Ограниченное время строительства, ввиду необходимости поддерживать установленный темп проходки (15 км линий в год)

• 3.    Сложные гидрогеологических условий столицы.  Сильная

• 4.    Ограниченные возможности применения специальных способов проходки.

• 5.    Ограничение габаритов строительной площадки и грузов перевозимых в границах города.

обводнённость, закарстованность

Результатом их решения, в большинстве случаев, является увеличение глубины заложения будущего сооружения. Это позволяет разместить сооружение в свободном, от иных объектов, массиве, с лучшей геологией.

Способы и методы проходки тоннелей, сбоек, станций, известны и успешно применяются, уровень их развития достаточен для решения поставленной руководством города задач. Поэтому мои усилия были направлены, на совершенствования наземной части производства работ, и прежде всего на строительство вертикальных стволов.

Особое внимание, на мой взгляд, заслуживают проблемы строительства вентиляционных стволов. Когда необходимо проходить стволы небольшого поперечного сечения, с высокой скоростью, и на большую глубину.

В практике строительства метрополитенов применяются два основных способа строительства стволов [3]:

Первый способ – для строительства стволов не большой глубины [4]:

Рис.1. Схема строительства стволов с использованием временного проходческого оборудования.

Схема, представленная на рис. 1, подразумевает использование в качестве подъёмной машины автокрана находящегося рядом с устьем ствола. Выдача породы производится бадьями 1м³. Такой метод позволят достигать скорости проходки до 20 м в месяц (при благоприятной геологии). И проходить стволы глубиной до 20 м (в некоторых случаях до 40 м). Это обуславливается тем, что в данной схеме отсутствуют направляющие, для недопущения раскачивания бадьи во время её подъёма.

Это ограничивает, как высоту такого подъёма, так и скорость, которая по ПБ [5] не должна превышать 0,3 м/сек.

Основные недостатки:

• •    ограничение по глубине;

ограничение по скорости подъёма, т.е. в целом, низкие темпы строительства.

Достоинства:

• •    низкая стоимость;

• •    малое время подготовительного периода;

возможность применения специальными способов строительства и видами крепей.

Второй способ - для строительства глубоких вентиляционных стволов, а так же, при строительстве станций [3]:

Рис. 2. Схема строительства стволов с применением шахтного копра.

Схема, представленная на рис. 2, требует возведения во время подготовительного периода копра, конструкции МосМетроСтроя, возводящегося из чугунных тюбингов, установки подъёмных машин, организации достаточно массивного и дорогого разгрузочный комплекса.

Данная схема доказала свою эффективность, и оспаривать его достоинства нет необходимости.

Главным её недостатком, в современных реалиях городского строительства, являются физические размеры горного комплекс, и обусловленные этим размеры строительной площадки, высокие затраты на строительства, требования большого времени на его возведения.

Сравнивая эти два метода, и осознавая их недостатки, я решил применить для городского строительства иные методы, а именно методы строительства, используемые при строительстве стволов горных предприятий. Мною была выбрана мобильная установка типа ПАШ-100.

Рис. 3. Стволопроходческий агрегат ПАШ-100.

Данная машина (рис. 3) разработана в Советском Союзе трестом «ШахтСпецСтрой» для проходки устьев стволов глубиной до 100м [4]. При этом отпадает необходимость в установке копра, проходческой подъемной машины и лебедок направляющих канатов, кроме того, его применение облегчает строительство поверхностного комплекса.

Агрегат состоит из подъемной установки и разгрузочного станка.

Подъёмная установка представляет собой раму, на которой смонтированы наклонная стрела с подшкивной площадкой, лебёдки, и другая аппаратура.

Разгрузочный станок состоит из приемной площадки, бункера с затвором и направляющей рамки с ловителями.

Транспортировка и монтаж агрегата производятся крупными узлами:

е рама с установленными на ней лебедками, электрооборудованием и кабиной;

• •    стрела разобранная на две части стрела;

• •    разгрузочный станок.

Применение данного агрегата, в городском строительстве, даже в первозданном виде, позволяет уменьшить габариты строительной площадки, по сравнению со вторым методом, а так же устранить все недостатки первого метода, указанных мною выше.

Однако конструкция проходческого агрегата остаётся излишне массивной. И не позволяет устанавливать его в сжатые сроки, а так же, нет возможности перевозить его крупные узлы по дорогам общего пользования (ширина рамы 3.6м, при максимальных габаритов для дорог общего пользования 2.7м), без специальных разрешений.

Я предлагаю усовершенствованную конструкцию этого агрегата:

Рис. 4. Схема нового стволопроходческого агрегата.

Моя идея (рис. 4) состоит в том, что бы отказаться от наклонной стрелы, установить ее вертикально, и совместить её с конструкцией разгрузочного станка. Что позволит значительно сократить габариты конструкции. При этом, необходимо сохранить модульный принцип, учтя при этом, необходимость выдерживания габаритов составных модулей в рамках, позволяющих перемещать их на стандартных трейлерах по дорогам общего пользования, в условиях крупных городов.

Поскольку данный разгрузочный станок, как и у агрегата ПАШ-100, устанавливается на нулевую раму, он не привязан к диаметру будущего вертикального ствола, позволяя проходить стволы от 5 до 12 м, без увеличения размеров надшахтного комплекса.

Основные преимущества, которыми должен обладать данный агрегат:

• •    компактность, длинна и ширина менее 10м;

мобильность установки, т.е. состоять из нескольких крупных узлов монтируемых на строительной площадки;

экономия времени при организации строительной площадки, по предварительным подсчётам до 4-5 месяцев;

• •    возможность многократного использования установки;

удешевление стоимости проходки вертикальных стволов для городских условий;

• •    высокая скорость проходки;

возможность совмещать данный комплекс с любыми специальными методами строительства;

• •    использования любого вида обделок;

необходимое напряжение 380 В, что позволяет использовать агрегат в городских условиях без применения трансформаторных установок.

Создание данного агрегата расширяет границы сферы деятельности человека, устраняя ограничение по глубине в условиях города. Позволяет качественно улучшить условия жизни человека в мегаполисах. Решает существующие проблемы при строительстве не только сооружений метрополитена, но и строительства глубоких подземных парковок для автомобилей, оборудованных лифтовыми подъёмниками. Позволяет организовывать аварийные выходы из автодорожных тоннелей глубокого заложения, и их вентиляцию, и много другое из того, что было не возможно, имея ограничения по глубине сооружения в 50-70 метров.