3) Высокие требования к точности работы. В отличие от других видов земляных строительных технологий щитовая проходка крайне требовательна к точности проведения работ. Точность изготовления тюбингов примерно такая же, как при изготовлении оборудования, так как нет возможности регулировки плоскости сечения, то к отклонению осевой линии шахты, тюбингам и точности установки применяются очень высокие требования.

4) Щитопроходные работы могут проводиться только в одну сторону, потому что внутренний диаметр тюбингового кольца меньше внешнего диаметра щита, то после начала работ нет возможности обратного хода. В случае необходимости возвратного движения щита пришлось бы разбирать установленные тюбинговые кольца, а это крайне опасно. Также обратное движение щита может вызвать дестабилизацию забоя, поломку хвостовых щеток щита и серию других проблем. Поэтому огромное значение имеет предварительно проделанная работа, ведь при встрече препятствия, поломке режущего инструмента и прочих проблемах, решить их представляется возможным только после проведения особых вспомогательных работ посредством открытия специального люка на разделительной перегородке, через который рабочий персонал может попасть из кессонной камеры в землеприемный призабойный отсек и устранить неполадку.

2.1.5. Преимущества и недостатки метода щитовой проходки

При сравнении метода щитовой проходки с традиционными методами строительства туннелей метро, первый обладает такими преимуществами как малая площадь проведения работ над землей, низкий уровень влияния на окружающую среду, высокий уровень автоматизации, безопасность, экологичность и т. д. Сталкиваясь с задачами строительства туннелей больших диаметров, на длинных дистанциях и больших глубинах, метод щитовой проходки развивался и созревал, постепенно приобретая все большее доверие и количество сторонников; на сегодняшний день он становится основным методом туннельного метростроительства.

Метод щитовой проходки имеет следующие основные преимущества:

1) Высокая скорость. Щит является особым комплексным специализированным оборудованием для туннелестроительных работ, объединяющим в себе механические, электрические, гидравлические, сенсорные и информационные технологии. При щитопроходном методе экскавация земляных пластов, транспортировка грунта, установка обделки, спайка водонепроницаемых швов, заполнение хвостового зазора цементной суспензией и прочие работы проходят под защитой конструкции щита. При таком промышленном масштабе проведения работ, скорость экскавации сравнительно высока.

2) Высокое качество. В щитовом методе применяется тюбинговая обделка, это легко контролируемое качество конструкции и эстетичный внешний вид.

3) Высокая эффективность. Скорость работ щитовым методом сравнительно высокая; так как сроки работ легко контролируемы, ощутимо повышается экономический и социально-инфраструктурный коэффициент полезности; при этом требуется малое количество персонала при низкой трудозатратности.

4) Высокий уровень безопасности. С применением щитового метода улучшились условия персонала, выполняющего работы в шахте. Проведение работ внутри корпуса щита позволяет избежать травм и снизить количество чрезвычайных происшествий.

5) Высокая экологичность. Малая площадь наземной рабочей площадки, сокрытая от глаз рабочая зона, малое шумовое и вибрационное воздействие на окружающую среду, прохождение наземных комплексных сооружений и зон, насыщенных подземными трубопроводными и кабельными коммуникациями, без нарушающего воздействия на окружающую инфраструктуру.

6) Стоимость и технологическая сложность работ в основном не зависит от глубины строительства, т.о. данная технология подходит для строительства туннелей на большой глубине. Сравнивая щитовой метод с открытым котлованным методом, с экономической и временной точки зрения, чем глубже шахта, чем хуже фундамент, чем больше коммуникаций и сооружений, создающих помеху для подземных работ, тем выгоднее применение щитового метода.

7) Проходя под реками или морями, туннелепроходные работы не влияют на судоходный фарватер; климатические условия также не создают никаких помех для строительства.

8) Высокий уровень автоматизации и информатизации. В щите применяются технологии компьютерного управления, лазерной навигации, опережающего геологического зондирования, сенсорные, измерительные и информационные технологии. Щит – это комплексное оборудование для производства туннелестроительных работ, объединяющее в себе сборочные, оптические, электрические, пневматические, гидравлические и информационные технологии, тем самым достигается преимущество высокой степени автоматизации. В нем также применяются такие возможности, как функция сбора данных о ходе работ, функция управления положением в пространстве, функция управления данными о ходе работ, функция передачи данных о ходе работ в реальном времени, тем самым достигается высокая степень информатизации работ.

Метод щитовой проходки обладает следующими недостатками:

1) Стоимость оборудования достаточно высокая, значит, подходит не для всех проектов.

2) Щит сложно приспособить к условиям с изменением проходного сечения.

3) Сложно производить экскавацию при работах в условиях малого радиуса закругления (≤ 80 м).

2.1.6. Область применения метода щитовой проходки

1) Относительно взаимодействия с теми или иными геологическими условиями и условиями окружающей среды существует множество различных способов туннельного строительства, однако, использование метода щитовой проходки при строительстве подземных туннелей все же обладает своими уникальными особенностями.

XXI век – это век подземных пространств, а щит – это основной инструмент в подземном строительстве, он играет ключевую роль в процессе разработки подземных пространств, особенно в условиях плотной населенности и загруженной транспортной инфраструктуры больших городов. Метод щитовой проходки является неотъемлемой частью современного строительства, и с постоянным развитием технологии строительства подземных сооружений, подземных трубо-кабельных коммуникаций, подземного железнодорожного сообщения он также идет в ногу со временем.

За последние полвека щитопроходный метод получил стремительный рост. Начав свой путь с ручной экскавации сжатым воздухом, он развился до современных, разнообразных щитов с гидро- и грунтопригрузом, с возможностью работать на больших диаметрах, на проектах высокой сложности, на высоких скоростях, с применением «умных» технологий и получил широкое применение в различных передовых областях. Можно сказать, метод щитовой проходки подходит для всех типов экскавационных туннелестроительных работ в условиях мягких грунтовых пластов и мягких горных пород.

Существует много видов туннельного строительства. На стадиях изыскания, планирования и проектирования, при выборе способа проведения работ необходимо исходить из принципов применяемости, экономичности, безопасности, качества и краткосрочности каждого способа для конкретных геологических условий и условий окружающей среды и проводить полное обоснование и сравнительный анализ. Применимость метода щитовой проходки для геологических условий и условий окружающей среды приведена в таблице 2-1.

2) Область применения щитов большого диаметра

Щиты диаметром более 10 м применяются в основном при строительстве подводных автомагистральных туннелей. Так, в Японии в 1998 году при строительстве автомагистрали через Токийский залив, использовались 8 щитовых установок с гидропригрузом диаметром 14.14 м; в немецком городе Гамбург четвертый автомобильный туннель на реке Эльба был построен с использованием щита с гидропригрузом от компании «Herrenknecht» диаметром 14.2 м; высокоскоростной железнодорожный туннель «Green Heart Tunnel», проходящий через район Green Heart в Нидерландах, построен французской компанией NFM с применением щита диаметром 14.87 м; в строительстве туннеля через реку Чонгминг в Шанхае использовался немецкий щит производства фирмы «Herrenknecht» с грунтопригрузом диаметром 15 м и длиной 44 м; два щитопроходных комплекта диаметром 11 м и длиной 38 м были использованы при строительстве автомагистрального туннеля в г. Ухань на реке Янцзы; туннель Shiziyang пассажирской железнодорожной магистрали, соединяющей Шеньчжень и Гонконг, был построен с применением четырех установок с гидропригрузом диаметром 11.18 м; при строительстве пересекающей ветки метро в Пекине применялся щит диаметром 11.97 м.