Применение тоннелепроходческого механизированного комплекса «Херренкнехт» на ОАО «Мосметрострой»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет: «Горно-электромеханический»

Кафедра: «Горных машин и оборудования»

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Электрификация и механизация процессов горного производства»

Тема: Применение тоннелепроходческого механизированного комплекса «Херренкнехт» на ОАО «Мосметрострой»

Выполнила:

ст.гр. ТБ-1−08 КуксоваА.В.

Руководитель проекта доц, к.т.н. Ивахник В.Г.

Москва, 2012 г.

Содержание Введение

1. Сведения о механизации процессов горного производства

2. Назначение и область применения тоннелепроходческого механизированного комплекса

3. Техническая характеристика тоннелепроходческого механизированного комплекса

4. Расчет производительности, параметров горно-механического оборудования

5. Техника безопасности при техническом обслуживании и работе горно-механического оборудования Список использованной литературы механизация горный производство тоннелепроходческий

Введение

Характеристика предприятия Открытое акционерное общество «Московский Метрострой» является продолжателем традиций школы российского метростроения, начавшей складываться в 1931 году, когда потребовалось создание инфраструктуры для реализации правительственного решения о строительстве столичного метрополитена.

Сегодня ОАО «Мосметрострой» — одна из крупнейших российских компаний, работающих в области инфраструктурного строительства. В 2011 году компании исполнилось 80 лет. За это время сооружено 177 станций и около 300 км линий под землей, и более 30 км — над ее поверхностью. Помимо сооружения московского метрополитена и участия в других проектах на территории России, ОАО «Мосметрострой» активно участвует в международных тендерах и успешно реализует проекты за рубежом.

ОАО «Московский Метрострой» выполняет функции генерального подрядчика и обеспечивает:

с Строительство перегонных, станционных и эскалаторных тоннелей метрополитена, железнодорожных и автотранспортных тоннелей, подземных переходов, подземных вестибюлей, наземных зданий и сооружений и других объектов с Монтаж трансформаторных подстанций, кабельных линий, осветительной арматуры, эскалаторов, вентиляционных агрегатов, насосов, трубопроводов, технологических конструкций и другого оборудования строящихся объектов с Укладку путей и контактного рельса, сооружение камер съездов и веток в депо, строительство железнодорожных эстакад с Проведение отделочных работ любой степени сложности, в том числе с применением мраморной и гранитной облицовки, мозаичных панно, современных декоративных конструкций с Изготовление оборудования для проходки тоннелей и другой техники для строительства метрополитена и сооружения транспортных тоннелей Помимо столичного метро, ОАО «Мосметрострой» занимается строительством автодорожных тоннелей и развязок. Компания выступала генеральным подрядчиком на одном из самых крупных объектов современного дорожного строительства — Краснопресненской магистрали, которая соединила центр столицы с Московской кольцевой автодорогой и является крупнейшей в нашем городе радиальной магистралью.

ОАО «Мосметрострой» владеет всеми известными на сегодняшний день технологиями строительства линий метрополитена и других подземных сооружений.

ОАО «Мосметрострой» имеет большой опыт работы с щитами зарубежных производителей Ловат («Lovat») и Херренкнехт («Herrenknecht»). ТПМК с грунтопригрузом фирмы «Херренкнехт» диаметром 14,2 метра выполнил проходку двухуровневого Серебряноборского тоннеля длиной 3 км в 2007 году. ТПМК с грунтопригрузом фирмы Ловат, названный «Клавдия» диаметром 6 м участвовал в проектах строительства Бутовской линии метро и первого этапа Митинско-Строгинской линии от станции «Крылатское» до Серебряноборского тоннеля. Сейчас ведется проходка от станции «Мякининская» до станции «Строгино» Митинско-Строгинской линии московского метрополитена.

ОАО «Мосметрострой» применяя передовые технологии при строительстве различных подземных сооружений, впервые в России и в мире осуществил сооружение наклонного эскалаторного тоннеля метрополитена механизированным тоннелепроходческим комплексом с грунтопригрузом забоя.

Технологии производственного процесса В цикл сооружения тоннеля включены следующие работы:

— разработка грунта экскаваторным рабочим органом;

— выдача грунта из забоя транспортером с погрузкой в контейнеры;

— передвижка щита и комплекса; - передвижка блокоукладчика;

— монтаж обделки из чугунных тюбингов;

— транспортировка фунта в отвал и подача блоков в забой;

— разгрузка тюбингов с контейнеров и подача их на рольганг.

Цикл сооружения 1 м тоннеля (1 кольцо) включает в себя следующие работы:

— разработка породы тремя заходками по 0,3 — 0,35 м экскаваторным исполнительным органом с выдвижением шандор (защитных козырьков с гидроприводом), выдвижной рассекающей площадки и передвижкой щита на 0,3 — 0,35 м перед каждой заходкой.

— погрузка породы с помощью конвейера транспортного моста в контейнеры-бадьи.

— электровозная откатка контейнеров с породой и доставка материалов в забой.

— после разработки породы третьей заходки и передвижки щита на суммарную величину 1 м производится монтаж кольца обделки.

— первичное нагнетание производится с помощью растворонагнетателя типа СО-126 за первое кольцо от щита.

— в случае обнаружения пустот под конструкциями платформенной части станции при опережающем разведочном бурении по отдельному проекту в качестве специальных мероприятий предусмотрено первичное нагнетание в шпуры, пробуриваемые из щита в сторону ростверка.

Для временного крепления забоя и предотвращения вывалов используются шандоры и выдвижная рассекающая площадка. В случае остановки работ или появлении угрозы вывала лоб забоя крепится трубами 0168×8 и затяжкой из доски б=40мм. На расстоянии не более 30 м от забоя создаётся аварийный запас крепёжных материалов.

Работы по разработке грунта при проходке под станцией «Красногвардейская» должны производиться под непосредственным контролем ИТР. Разработка фунта ведется экскаваторным рабочим органом на цикл двумя заходками по 0,3−0,35 м, с одновременным креплением кровли забоя выдвижными шандорами. Всего на ножевом кольце щита установлено десять шандор. Разработку грунта рекомендуется вести с середины верхней части лба забоя от пятой шандоры в сторону десятой. Разработав грунт в правой стороне верхней части забоя, переходят на левую сторону. По окончании разработки грунта в верхней части забоя, экскаваторный рабочий орган переводят в нижнюю часть и продолжают дальнейшую разработку грунта. Одновременно с разработкой грунта ведется его погрузка на ленточный транспортер. С ленточного транспортера грунт перегружается на транспортер транспортного наста, а с транспортера транспортного моста — в контейнеры, которые по мере заполнения вывозятся в монтажную камеру для разгрузки. По окончании разработки и выдачи грунта производится передвижка блокоукладчика и ленточного транспортера, после чего продолжается разработка грунта на следующую заходку 0,3−0,35 м.

Разработав и передвинув щит на 1 м, производится монтаж кольца обделки. После окончания сборки и выверки кольца производится передвижка блокоукладчика вместе с транспортным мостом и технологическими платформами для монтажа обделки.

Опытное опробование и отработку технологии безусадочной проходки тоннеля выполнять во время остановки движения электропоездов на длине не менее 3 м. Результаты должны быть рассмотрены комиссией с участием СТС Мосметрополитена, Проектировщика и Подрядчика. В акте комиссии должно быть дано мотивированное заключение о возможности (или не возможности) и условиях ведения проходческих работ круглосуточно.

1. Сведения о механизации процессов горного производства Принципиальная схема ТПМК D = 6,28 м для сооружения левого перегонного тоннеля основана на новой технологии, предусматривающей для проходки в сложных инженерно — геологических условиях неустойчивых, в том числе водонасыщенных грунтов систему активного гидропригруза с использованием суспензии бентонитового раствора, а также использование водонепроницаемой сборной железобетонной обделки из высокоточных блоков с уплотнительными упругими прокладками в стыках. Применение гидропригрузасвязано с заполнением призабойной камеры щита бентонитовым раствором с тиксотропными свойствами, обеспечивающим стабилизацию неустойчивых грунтов и уравновешивание при необходимости гидростатического давления в процессе разработки забоя и отбора грунта.

Возможность подачи в призабойное пространство значительных объемов бентонитового раствора требует применения системы гидротранспорта грунта и его сепарации на дневной поверхности для отделения твердой фракции от жидкой, предусматривающей использование специального сепарационного завода на дневной поверхности.

Принятая технология включает современные компьютерные навигационную и управляющую системы, обеспечивающие ведение щита с минимальными отклонениями в плане и профиле. Интегрированное оборудование ТПМК позволяет получить тоннельную обделку высокого качества как на прямых, так и на кривых. Трубопроводный гидротранспорт вносит существенный вклад в высокие темпы проходки и культуру подземных работ. Проходка сопровождается незначительными осадками поверхности и практически полным отсутствием влияния на окружающую среду. В частности, устраняются нарушения городской жизни.

2. Назначение и область применения тоннелепроходческого механизированного комплекса Тоннелепроходческий механизированный комплекс O = 6,28 м ф. «Херренкнехт» изготовлен в соответствии с типовой принципиальной схемой фирмы, относящейся к категории щитов «Mixshield». Для условий строительства перегонного тоннеля ТПМК O = 6,28 м оснащен оборудованием, обеспечивающим активный суспензионный пригруз, гидротранспорт разработанных грунтов и отделение твердых фракций от жидкой на сепарационной установке на земной поверхности.

Тоннелепроходческий механизированный комплекс O = 6,28 м, разработанный фирмой «Херренкнехт», возможно применить в данных геологических и гидрологических условиях сооружения перегонного тоннеля метрополитена в направлении ст.Строгино. ТПМК O = 6,28 м обеспечивает проходку закрытым способом тоннеля в водонасыщенных смешанных песчано-супесчаных грунтах с гидростатическим давлением до 0,3 МПа. Рабочий орган ТПМК, оснащенный резцовым инструментом для разработки мягких грунтов, снабжен также дисковыми шарошками, способными разрушать валуны (размером до 400 мм).

Основная технологическая схема работы ТПМК позволяет проходить тоннель в водонасыщенных неустойчивых песчано-глинистых грунтах с коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову f = 0,3−1 с включениями валунов до 40 см без применения специальных методов работ. ТПМК обеспечивает также проходку без суспензионного пригруза и без практического изменения технологии в более крепких грунтах (в том числе полускальных и скальных) с коэффициентом f = 1,5 — 4.

3. Техническая характеристика тоннелепроходческого механизированного комплекса Головным проходческим агрегатом ТПМК является механизированный щит с активным суспензионным пригрузом, обеспечивающий сооружение тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях смешанных неустойчивых и слабоустойчивых грунтов под большим гидростатическим давлением. Такой щит по терминологии ведущей фирмы-изготовителя «Херренкнехт», ФРГ относится к проходческим щитам универсального типа («Mixshield») расширенного диапазона действия. Применение бентонитового суспензионного пригруза с автоматическим регулированием его давления, стабилизирующего неустойчивый забой, обеспечивает проходку выработок различных диаметров. Принципиальное отличие конструкции щита фирмы «Херренкнехт» от аналогичных щитов со суспензионным пригрузом других фирм состоит в использовании воздушной подушки как наиболее действенного средства регулирования давления гидропригруза, существенно улучшающего эксплуатационные качества проходческого щитового оборудования. ТПМК O = 6,28 м состоит из собственно проходческого механизированного щита и комплекса защитового оборудования.

Щит, общий вид головной части Несущей конструкцией щита является двухсекционный корпус (1), состоящий из передней секции — ножеопорного кольца (2) — и задней — хвостовой оболочки (3), шарнирно соединенной с передней секцией, что позволяет обеспечить их взаимный поворот на угол 5−6° для лучшего вписывания щита в кривую трассы. Ножевое кольцо (4) от остальной части щита герметичной диафрагмой (5), образующей призабойную камеру (6), которая разделена полупогружной поперечной перегородкой (7) на передний отсек (8) — собственно призабойную камеру, заполненную суспензионным (бентонитовым) раствором, где происходит разработка грунта забоя — и задний отсек (9) — рабочую камеру, из которой удаляется грунтовая масса в виде пульпы. Полупогружная перегородка не достигает лотковой части ножевого кольца и обеспечивает тем самым свободное сообщение между передним и задним отсеками призабойной камеры. В диафрагму (5) встроены людской (11) и материальный воздушные шлюзовые аппараты.

Роторный рабочий орган (13) размещается полностью перед головной обечайкой (14) ножевого кольца. Ротор в виде планшайбы полузакрытого типа имеет восьмилучевую (15) конструкцию. Между крупногабаритными полыми лучами образуются свободные промежутки — окна (16), через которые разработанный грунт поступает в призабойную камеру.

Лучи ротора оснащены комплексным породоразрушающим инструментом: четыре луча — усиленными резцами-зубьями (17), укрепленными твердосплавными вставками — штырями, а на двух из этих четырех лучей установлены лобовые двухдисковые шарошки (18). Кроме того, на, лучах с резцами закреплены периферийные контурные резцы ножевого типа (17*). Остальные четыре луча вооружены попарными контурными шарошками (18*). Породоразрушающий инструмент выполнен по схеме размещения двух резцов на одной линии резания. Для обеспечения реверсивного вращения ротора без перестановки резцов принято их симметричное расположение на луче (относительно радиального направления луча). Привод ротора (19) включает шесть двигателей (20), трехрядный главный подшипник (21) с внутренним и внешним уплотнениями и планетарную зубчатую передачу (22), встроенные в подвижную кольцевую обойму (23) с жестким закреплением корпуса (24) привода, а так же три гидроцилиндра подачи (25) ротора на забой.

В заднем отсеке приемной камеры в лотке помещена щековая камнедробилка (26). В этот же отсек введены: а) всас (27) пульповода (28), защищенный решеткой (10) и б) выходные патрубки питающего трубопровода (29) для подачи бентонитового раствора или воды в рабочую камеру. По центру ротора помещен поворотный трубопровод (30) для подачи раствора или воды в забой через центр и насадки в роторных лучах. К трубопроводу подключен бустерный насос.

Щитовые домкраты (31) (по два на каждый блок (12) шестиблочной обделки (без замкового) размешаются в опорном кольце с равным шагом.

Хвостовая оболочка связана телескопически с опорным кольцом корпуса при помощи гидродомкратов артикуляции (32), установленных в промежутках между щитовыми домкратами. Выдвижением в определенном порядке штоков домкратов артикуляции достигается требуемое отклонение продольной оси щита от оси оболочки. Для герметизации строительного зазора в оболочке смонтированы три ряда щеточного уплотнения (33). К кольцевым камерам между подведены восемь трубопроводов консистентной смазки. Кроме того, в оболочке устроены четыре трубопровода подачи тампонажного раствора за обделку при передвижении щита.

Тоннелепроходческий щитовой комплекс.

Щит:

тип — с гидропригрузом, давление пригруза, до 0,4 МПа;

масса, 277 т;

Корпус щита:

диаметр, 6280 мм;

длина, 7265 мм;

а) ножевое кольцо:

диаметр с твердосплавным покрытием, 6290 мм;

толщина оболочки, 60 мм;

б) опорное кольцо:

диаметр, 6270 мм;

толщина оболочки, 50 мм;

в) хвостовая оболочка:

тип — подвижная диаметр, 6260 мм;

толщина оболочки, 40 мм;

уплотнение строительного зазора щеточное трехрядное каналы консистентной смазки, 8 шт.;

каналы подачи тампонажного раствора, 4 шт.;

Щитовые домкраты:

число, 12шт.;

число измерительных домкратов, 4 шт.;

ход, 1700 мм;

рабочее давление, 35 МПа;

скорость выдвижения, 60 мм/мин Система гидротранспорта разработанного грунта:

диаметр пульповода, 300 мм;

подача, 1000 куб. м/ч;

максимальный размер фракции, 150 мм;

Камнедробилка:

тип — челюстная максимальный размер валунов, 400 мм;

разрушающее усилие, 850 кН;

Питающий трубопровод (бентонитового раствора или воды):

диаметр, 300 мм;

При проходке тоннеля используется основная технологическая схема, предусматривающая три режима:

— режим 1 — подготовительный, состоящий в прокачке в призабойной камере свежеприготовленной бентонитовой суспензии до начала разработки забоя;

— режим 2 — основной, состоящий в разработке грунта роторным органом с активным суспензионным пригрузом забоя под давлением, надежно обеспечивающим его устойчивость и уравновешивание напора грунтовой воды. Образуемая при разработке грунта суспензия повышенной плотности отсасывается из призабойной камеры в виде пульпы.

В случае устойчивого забоя, при котором отпадает необходимость применения суспензионного пригруза, подача бентонитового раствора в призабойную зону заменяется нагнетанием воды для осуществления гидротранспорта грунта.

— режим 3 — кессонный. В этом режиме реализуется возможность выхода людей в призабойную камеру для осмотра, технического обслуживания или ремонта роторного органа, замены породоразрушающего инструмента, ликвидации негабаритных (более 40 см) валунов, осмотра защитной решетки и всасывающего устройства пульповода и других работ. Предварительно осуществляют прокачку бентонитового раствора для создания гарантированной толщины бентонитовой пленки (корки) на поверхности забоя (не менее 40 мм) для предотвращения утечки сжатого воздуха через грунт массива и повышения его устойчивости.

В основном режиме работы щита проходческий цикл состоит в выполнении комплекса операций по сооружению отрезка тоннеля, соответствующего одному кольцу обделки, и включает два последовательных периода:

а) разработку грунта забоя;

б) монтаж очередного кольца обделки.

В первом периоде нормальный процесс работы щита состоит из разработки забоя на полную заходку равную ширине кольца обделки роторным органом, выдвинутым примерно на 120 мм вперед относительно ножевой кромки корпуса под усилием подачи от щитовых домкратов. При необходимости зазор между ротором и ножевым кольцом может быть сведен до минимума.

Во втором периоде — монтаже кольца обделки — выдвинутые штоки щитовых домкратов не убираются, что обеспечивает геометрическую неизменяемость ранее собранного кольца обделки.

4. Расчет производительности, параметров горно-механического оборудования Расчет производительности проходческого щита проводится исходя из параметров самого комплекса и свойств отрабатываемых пород.

Теоретическая производительность проходческого комплекса Q_теор рассчитывается по формуле:

т/мин

Где с — площадь сечения выработки (тоннеля), м²

Согласно техническим данным диаметр щита равен 6,28 м, следовательно

V — скорость перемещения проходческого оборудования, м/с По техническим данным скорость выдвижения гидродомкратов — 60 мм/мин = 10^-3м/с г — плотность пород, т/м³

Трасса проходит по пескам разной плотности и влажности, с включениями глины, гравия, щебня. Исходя из этого среднюю плотность примем 1,6 т/м³

На практике достичь теоретической производительности невозможно в силу различных факторов (невозможность круглосуточной работы и другие). В этом случае для определения производительности применяется коэффициент технологического простоя К_т, К_т = 0,6

Где Q_техн — техническая производительность щита, определяющая его производительность за все рабочее время.

Однако, и данная мощность не достигается из-за разных организационных факторов. Влияние этих факторов учитываются коэффициентом К_э. Поскольку работа непосредственно щита за время всей смены практически непрерывна и не требует его остановки для дополнительных операций примем К_э = 0,95

Тогда Таким образом, истинная эксплуатационная производительность щита будет составлять 1,7 т/мин.

5. Техника безопасности при техническом обслуживании и работе горно-механического оборудования В основном режиме работы щита проходческий цикл состоит в выполнении комплекса операций по сооружению отрезка тоннеля, соответствующего одному кольцу обделки, и включает два последовательных периода:

а) разработку грунта забоя;

б) монтаж очередного кольца обделки.

В первом периоде нормальный процесс работы щита состоит из разработки забоя на полную заходку равную ширине кольца обделки роторным органом, выдвинутым примерно на 120 мм вперед относительно ножевой кромки корпуса под усилием подачи от щитовых домкратов. При необходимости зазор между ротором и ножевым кольцом может быть сведен до минимума.

Во втором периоде — монтаже кольца обделки — выдвинутые штоки щитовых домкратов не убираются, что обеспечивает геометрическую неизменяемость ранее собранного кольца обделки. Монтаж очередного кольца выполняется последовательно блока за блоком путем оттягивания штоков двух домкратов, установкой блока в проектное положение и последующего его прижатия опорными башмаками щитовых домкратов к торцу ранее уложенного кольца обделки.

Состав и последовательность рабочих операций, поддержание и регулирование параметров всех задействованных систем, устройств и приборов при осуществлении всех трех указанных технологических режимов работы ТПМК должны устанавливаться и выполняться машинистом щита и обслуживающим персоналом в соответствии с указаниями технадзора, сменного маркшейдера, показаниями управляющей аппаратуры и действующими инструкциями «Руководства по эксплуатации ТПМК» фирмы «Херренкнехт» .

Разработка грунта забоя ротором ТПМК должна производиться согласованно и синхронно с продвижением щита под усилием щитовых домкратов, откачкой пульпы и подачей бентонитового раствора в призабойную камеру с поддержанием установленного значения давления гидропригруза.

Разработка забоя на большей его части осуществляется ротором с 6-ю двигателями. Грунт отделяется от массива посредством уширенных резцов-зубьев, установленных на роторе по обеим сторонам лучей и направленных своими режущими кромками в противоположные стороны для обеспечения реверсирования работы ротора.

В процессе разработки забоя машинист щита должен обеспечивать необходимые режимы работы оборудования:

— уровень бентонитовой суспензии в призабойной камере контролируется по сигнальным датчикам и регулируется с пульта управления производительностью и давлением насосов питающего трубопровода и пульповода;

— давление и скорость выдвижения щитовых гидродомкратов регулируется с пульта управления и определяется задаваемым направлением перемещения щита при обеспечении синхронности с нагнетанием раствора за обделку;

— скорость вращения и крутящий момент ротора регулируется с пульта управления и определяется задаваемой производительностью проходки и свойствами разрабатываемых грунтов;

— расположение ротора относительно корпуса щита регулируется с пульта управления выдвижением гидроцилиндрами подачи ротора и давлением в них. Определяется задаваемым положением ротора по условиям ведения щита;

— давление пригруза забоя поддерживается и регулируется с пульта управления давлением в воздушной подушке над уровнем бентонитовой суспензии в призабойной камере и определяется заданным давлением пригруза забоя по трассе тоннеля в зависимости от горного давления и гидростатического напора.

При передвижении щита и комплекса отключение части щитовых домкратов выполняется машинистом согласно показаниям приборов или требованию маркшейдера.

В процессе продвижения шита производится синхронное нагнетание тампонажного раствора через четыре трубопровода, вмонтированных в хвостовую оболочку щита. Состояние и готовность к работе трубок для нагнетания определяется тщательным соблюдением правил их промывки и содержания.

Особого внимания требует к себе щеточное уплотнение строительного зазора оболочки щита. Для длительной их службы в процессе монтажа тоннельной обделки надлежит сохранять постоянство расстояния между наружной поверхностью кольца обделки и внутренней поверхностью оболочки щита. Во время сооружения тоннеля необходимо практически непрерывно нагнетать в пространство между рядами щеток консистентную смазку под давлением, превышающим гидростатическое не менее, чем на 0,2 МПа. По окончании смены основные итоговые показатели операций проходческого цикла и выполненных работ заносятся в Журнал проходки.

1. СП 32−105−2004 Метрополитены

2. СНиП Ш-44−77 Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические. Метрополитены. Правила производства и приемки работ.

3. Руководство по эксплуатации ТПМК Д = 14,2 м. Документ ф. «Херренк-нехт» .

4. Технологический регламент на сооружение левого перегонного тоннеля Митинско-Строгинской линии Московского метрополитена щитом D 6,28 м с бентонитовым пригрузом фирмы «Херренкнехт» .