Какая машина используется для строительства подземных тоннелей?

Создание подземных туннелей — транспортных, инженерных и исследовательских магистралей — является чудом современной инженерии. Когда мы представляем себе машины, прокладывающие ходы сквозь скалы и грунт глубоко под нашими ногами, в воображении часто предстают колоссальные тоннелепроходческие машины (ТПМ). Хотя эти механические гиганты действительно являются основными рабочими лошадками для крупномасштабного строительства туннелей, в реальности строительство туннелей включает в себя сложную экосистему специализированного оборудования. Среди них универсальный  робот-разрушитель  играет все более важную, хотя иногда и недооцененную, роль, особенно в задачах точной прокладки и сложных условиях, где грубой силы недостаточно.

Бесспорные короли: тоннелепроходческие машины (ТПМ)

Ответ на вынесенный в заголовок вопрос для большинства крупных проектов однозначно — тоннелепроходческий комплекс (ТПК). ТПК — это шедевры инженерной мысли, предназначенные для непрерывной, эффективной и относительно безопасной проходки в самых разных грунтовых условиях, от мягкой глины до твердой породы.

• Принцип работы:  тоннелепроходческий комплекс (ТПК) по сути представляет собой мобильный завод. На его режущей поверхности вращающаяся режущая головка, оснащенная дисковыми резцами (для горных пород) или режущими инструментами (для грунта), откалывает материал от забоя тоннеля. Выкопанный материал (шлам) транспортируется обратно через машину по конвейерной системе. Одновременно, позади режущей головки, машина устанавливает сборные железобетонные сегменты для формирования облицовки тоннеля, мгновенно создавая устойчивую конструкцию.

• Типы тоннелепроходческих машин:

  • Машины для балансировки давления грунта (EPBM):  идеально подходят для мягких грунтов (глина, ил, песок). Они используют сам выкопанный материал, смешанный с добавками, для создания на забое напорной суспензии, которая балансирует давление грунта и предотвращает обрушение.

  • Щитовые тоннелепроходческие машины:  используются в неустойчивых грунтах, особенно ниже уровня грунтовых вод. В них используется смесь бентонитовой глины и воды под давлением для укрепления забоя тоннеля. Выкопанный материал смешивается с этой суспензией и откачивается на поверхность для разделения.

  • Проходческие машины для твердых пород (захватные тоннелепроходческие машины):  предназначены для работы в стабильных горных породах. В них используются захваты, которые упираются в стенки тоннеля, продвигая машину вперед. Дисковые резцы разрушают породу.

  • Двухрежимные тоннелепроходческие машины:  гибридные машины, способные переключаться между режимами EPB и Slurry, а также работать в смешанных грунтовых условиях (скалы и грунт).

• Преимущества:  высокая производительность, повышенная безопасность (минимизация воздействия вредных факторов на рабочих в забое), снижение просадки грунта (что крайне важно в городских условиях) и возможность одновременной укладки финишной облицовки.

За пределами тоннеля: второстепенные персонажи в строительстве тоннелей

Хотя проходческий щит выполняет основную часть земляных работ, строительство тоннеля представляет собой сложную симфонию, требующую множества вспомогательных машин:

1. Проходческие комбайны:  это машины, установленные на гусеничном ходу или стреле, с мощной режущей головкой (часто это вращающийся барабан с кирками). Они обладают высокой маневренностью и отлично подходят для небольших туннелей, неровных поверхностей, поперечных проходческих путей, подземных камер или твердых пород, где использование проходческого щита с полным проходческим комплексом нецелесообразно или неэкономично. Они превосходно справляются с выборочной выемкой грунта.

2. Буровое и взрывное оборудование:  Традиционный метод, по-прежнему крайне важный для прокладки туннелей в твердых породах, особенно в отдаленных районах или при сложной геологии. Включает в себя бурение точных взрывных скважин, загрузку взрывчатых веществ, их детонацию, а затем удаление фрагментированной породы (отвалов) с помощью погрузчиков и самосвалов.

3. Микротоннелирующие машины:  дистанционно управляемые буровые установки, используемые для прокладки трубопроводов и тоннелей малого диаметра (обычно от 0,6 до 3 м). Они запускаются из котлована, выкапывают грунт (часто с использованием режущей головки и системы подачи шлама) и по мере продвижения устанавливают за собой сегменты труб.

4. Оборудование для выемки грунта:  имеет решающее значение для удаления выкопанного материала. Сюда входят конвейерные системы (неотъемлемая часть тоннелепроходческих машин), вагонетки для выемки грунта, тянущиеся локомотивами, челночные вагонетки и мощные самосвалы для буровых и взрывных работ.

5. Оборудование для облицовки:  помимо устройства для монтажа сегментов тоннелепроходческого комплекса, оно включает в себя машины для нанесения бетона методом торкретирования (напыления) для первоначальной поддержки грунта в тоннелях, проложенных методом бурения и взрывных работ, или в проходческих комбайнах, а также оборудование для установки анкерных болтов и стальных арок.

В чём заключается главное преимущество робота-самодельщика: точность на больших глубинах.

Именно здесь   в центре внимания в  экосистеме строительства тоннелей оказывается робот-демонтажник  . Хотя он и не  является экскаватором  как таковым, его роль незаменима для выполнения специфических, высокоточных задач, с которыми более крупная техника просто не может эффективно или безопасно справиться:

1. Преодоление препятствий:  тоннелепроходческие комплексы могут сталкиваться с неожиданными препятствиями – старыми фундаментами, валунами или участками исключительно твердой породы, которые представляют собой серьезную проблему даже для дисковых дробилок. Отправка рабочих для ручного разрушения этих препятствий отбойными молотками опасна и медленна.  Робот-демонтажник , оснащенный гидравлическим отбойным молотком или дробильной установкой, может управляться дистанционно и безопасно и эффективно разрушать эти препятствия непосредственно в забое тоннеля или внутри камеры тоннелепроходческого комплекса.

2. Точное формирование и выравнивание:  После первичной выемки грунта (с помощью тоннелепроходческого комплекса, проходческого комбайна или взрывных работ) стены тоннеля часто требуют профилирования и выравнивания – удаления рыхлой породы или излишков породы для достижения точного окончательного профиля, необходимого для установки облицовки.  Роботы-демонтажники с их шарнирно-сочлененными стрелами и различными навесными устройствами (отбойными молотками, дробилками, ковшами) обеспечивают непревзойденную точность этой деликатной работы, минимизируя повреждение окружающего скального массива.

3. Создание проходов и поперечных коридоров:  выемка ниш, поперечных коридоров между туннелями, входов на станции или вентиляционных шахт, отходящих от основного туннельного тоннеля, требует точности.  Роботы-демонтажники  достаточно маневренны, чтобы получить доступ к этим ограниченным пространствам и выполнить контролируемый демонтаж и выемку грунта без риска вибрации и перегрузки, связанных с более крупной техникой или неконтролируемыми взрывными работами.

4. Демонтаж и восстановление бетона:  Во время технического обслуживания, ремонта или расширения тоннелей может потребоваться удаление участков существующей бетонной облицовки.  Роботы-демонтажники  идеально подходят для такого выборочного демонтажа, сводя к минимуму повреждения и вибрацию окружающей конструкции.

5. Безопасность в опасных зонах:  работа в замкнутых пространствах, вблизи неустойчивого грунта или после остановки тоннелепроходческого комплекса из-за препятствий представляет значительные риски. Дистанционное управление  роботом-демонтажником  обеспечивает безопасность персонала, повышая общую безопасность на объекте.

Почему роботы-подрывники набирают популярность в тоннелестроении:

• Повышенная безопасность:  дистанционное управление значительно снижает воздействие на рабочих падающих обломков, пыли, шума и потенциальных обрушений в забое туннеля.

• Непревзойденная точность:  шарнирные рычаги обеспечивают высококонтролируемое разрушение в стесненных условиях и при сложной геометрии.

• Сниженная вибрация:  по сравнению с крупными экскаваторами, использующими отбойные молотки, современные  роботы-демонтажники  создают значительно меньшую вибрацию. Это крайне важно в городских условиях для защиты наземных сооружений и существующей подземной инфраструктуры.

• Повышенная эффективность:  более быстрое устранение препятствий и точная работа по сравнению с ручными методами позволяют минимизировать дорогостоящие задержки в основном процессе земляных работ.

• Универсальность:  Один  базовый блок робота-демонтажника  может использовать различные навесные устройства (отбойные молотки, дробилки, ковши, буровые установки, скейлеры), что позволяет адаптировать его к различным задачам на протяжении всего жизненного цикла проекта.

Будущее тоннелестроительной техники

Строительство тоннелей продолжает развиваться, чему способствуют требования к безопасности, скорости, экономичности и минимальному воздействию на окружающую среду и общество. Тоннелепроходческие машины становятся все более совершенными, оснащаясь передовыми системами наведения, возможностями подготовки грунта и дистанционным мониторингом. Автоматизация растет, от автоматизированных вагонеток для выемки грунта до роботизированных систем для обработки сегментов и цементирования.

Роль  роботов-демонтажников  также будет расширяться. В ближайшем будущем ожидается интеграция со сканированием в реальном времени (LiDAR) для точного картирования поверхностей, подлежащих разрушению, усовершенствованные системы дистанционного управления с улучшенной ситуационной осведомленностью и даже полуавтономная работа для выполнения повторяющихся задач. Их способность выполнять опасную и точную работу делает их все более важным инструментом в арсенале строителей тоннелей.

Заключение

Итак, какая машина используется для прокладки подземных тоннелей? Наиболее распространенный ответ — тоннелепроходческий комплекс (ТПК), триумф инженерной мысли, позволяющий создавать обширные подземные сети. Однако строительство тоннелей — это сложный балет, и  робот-разрушитель  занял главную роль как маневренное, точное и безопасное решение для сложных задач, стоящих за пределами основного тоннеля. От устранения неожиданных препятствий и профилирования грубых стен до создания важных соединений и обеспечения безопасного ремонта, эти дистанционно управляемые мощные машины оказываются незаменимыми союзниками титанических ТПК, обеспечивая дальнейшее продвижение сложной работы по строительству под землей с большей эффективностью и безопасностью, чем когда-либо прежде.

Часто задаваемые вопросы: Машины для подземных тоннелей и роботы для сноса зданий.

В: Является ли робот-разрушитель основной машиной для рытья больших туннелей?
О:  Нет. Большие туннели в основном прокладываются тоннелепроходческими машинами (ТПМ) или, в твердых породах, иногда с помощью буровых и взрывных работ или проходческих комбайнов.  Роботы-разрушители  используются для специализированных, точных задач  в  процессе строительства туннелей, таких как разрушение препятствий, преодоление стен или прокладка поперечных проходов.

В: Каковы основные преимущества использования робота-демонтажника в туннеле?
О:  Ключевые преимущества — это повышенная безопасность (дистанционное управление позволяет рабочим находиться вне опасных зон), превосходная точность (шарнирные манипуляторы для контролируемой работы в стесненных условиях) и снижение вибрации (что крайне важно для защиты близлежащих сооружений и инфраструктуры).

В: Могут ли роботы-демонтажники работать в очень узких туннелях?
О:  Да, одним из главных преимуществ  роботов-демонтажников  являются их компактные размеры и маневренность. Они специально разработаны для эффективной работы в ограниченных пространствах, что делает их идеальными для небольших туннелей, поперечных проходов, ниш и ремонтных работ, где более крупная техника не может пройти.

В: Какое навесное оборудование используют роботы-демонтажники в туннелях?
О:  Обычно используются гидравлические отбойные молотки для разрушения твердых материалов, дробилки для измельчения бетона или камня, ковши для легкой выемки грунта и выемки породы, а иногда и специализированные отбойные молотки или буровые установки. Выбор навесного оборудования зависит от конкретной задачи.

В: Заменяют ли роботы-демонтажники рабочих в туннелях?
О:  Не заменяют полностью, но значительно дополняют и делают работу безопаснее. Они берут на себя самые опасные задачи (например, работу на неустойчивом участке или разрушение препятствий возле режущей головки). Люди остаются необходимыми для управления, контроля и обслуживания роботов, а также для выполнения множества других сложных задач на протяжении всего строительного процесса. Их использование представляет собой переход к более безопасным и эффективным методам работы.