Машина для продавливания труб с балансировкой давления земли: как она работает и где используется

Что на самом деле делает машина для продавливания труб с балансировкой давления на землю

Поддомкрачивающая машина для выравнивания давления грунта представляет собой бестраншейную туннельную систему, которая выкапывает грунт на забое с одновременной установкой трубы за ним, и все это без необходимости прокладки открытой траншеи по всему маршруту трубопровода. Обычно он используется для строительства крупных муниципальных трубопроводов, таких как трубы для канализации, водоснабжения, силовых кабелей и кабелей связи, обычно с бетонными или стальными секциями труб, подходящими для почвы, песка, гальки и гравия с мелкими частицами. Вместо того, чтобы раскапывать улицу или открытое пространство, бригады запускают машину из шахты, и она движется вперед, в то время как сборные секции труб вставляются прямо за ней, оставляя поверхность практически нетронутой.

Часть названия «баланс давления грунта» относится к тому, как машина управляет забоем. Давление грунта на режущую головку уравновешивается путем регулирования скорости продвижения туннеля в зависимости от скорости выгрузки вынутого грунта, при этом датчики на переборке, шнековом конвейере и цилиндрах рулевого управления передают данные о давлении обратно оператору для корректировки в режиме реального времени. Это постоянное уравновешивающее действие является тем, что сохраняет стабильность окружающего грунта во время раскопок, предотвращая оседание поверхности или обрушение, которые могут произойти, если стена туннеля не поддерживается должным образом.

Как работает метод баланса давления земли, шаг за шагом

Процесс подъема труб EPB основан на герметичной камере выемки грунта в передней части машины, где вынутый грунт удерживается под контролируемым давлением, а не удаляется немедленно. Эта технология основана на приложении механического давления через камеру переменной плотности, которая поддерживает равновесие между давлением грунта и внутренним давлением машины на протяжении всего процесса земляных работ. Когда режущая головка вращается и разбивает почву на забое туннеля, этот материал заполняет камеру и действует как временная опорная среда, удерживая окружающую землю и грунтовые воды, пока машина продолжает движение.

В мягких, связных грунтах обычно предпочтительны тоннелепроходческие машины с опорой для компенсации давления грунта, поскольку разрыхленный и кондиционированный грунт действует как пластичная опорная среда для забоя туннеля, а после полного заполнения камеры выемки это предотвращает неконтролируемое проникновение грунта в машину, создавая при этом условия, необходимые для быстрой и безопасной проходки тоннелей. Чтобы помочь в этом, в камеру можно впрыскивать агенты для кондиционирования грунта, такие как пена и другие полимеры, чтобы повысить пластичность и непроницаемость почвы, что особенно полезно при работе с типами почв, которые естественным образом плохо удерживаются под давлением.

Основные компоненты, участвующие в процессе

• Вращающаяся режущая головка, которая измельчает почву, обломки породы или смешанный грунт на забое туннеля.
• Герметичная камера для раскопок, в которой выкопанный материал находится под контролируемым давлением.
• Винтовой конвейер или система навозной жижи, которая удаляет выкопанную почву с контролируемой скоростью.
• Датчики давления на переборке и цилиндрах рулевого управления, которые передают оперативные данные оператору.
• Гидравлические подъемные цилиндры, которые толкают заранее изготовленные секции труб вперед за машиной.

Почему инженеры предпочитают EPB другим методам прокачки труб

В проектах подъема труб обычно выбирают один из двух основных подходов к балансировке давления: баланс шлама и баланс давления грунта. В то время как системы навозной жижи циркулируют жидкость под давлением для управления грунтовыми водами и стабилизации поверхности туннеля, Машина для подъема труб для выравнивания давления грунта достигает аналогичной цели, используя сам выкопанный грунт, подготовленный по мере необходимости, а не полагаясь на отдельный контур жидкости. Это различие важно, поскольку оно напрямую влияет на сложность оборудования, занимаемую площадь и на то, насколько хорошо данная машина работает в конкретных грунтовых условиях.

Баланс давления грунта и баланс навозной жижи: краткий обзор

Ключевые преимущества производительности на реальных проектах

Помимо базовой механики, несколько практических преимуществ объясняют, почему машины для подъема труб с балансировкой давления на землю стали популярным выбором для проектов муниципальной инфраструктуры. Метод обеспечивает безопасную, эффективную и качественную бестраншейную прокладку трубопроводов среднего и крупного размера на прямых и криволинейных промежутках, не превышающих 1000 метров, с транспортировкой шлака, удобной и эффективной для контроля осадки грунта. Этот контроль над поселениями является одной из главных причин, по которой города предпочитают этот метод для проектов, проходящих под дорогами с интенсивным движением, существующими коммуникациями или чувствительными сооружениями, поскольку сведение к минимуму нарушений поверхности позволяет избежать дорогостоящего ремонта и нарушений дорожного движения, которые в противном случае потребовались бы при использовании подхода с открытыми траншеями.

В современных трубоподъемных машинах EPB также применяется низкоскоростная передача с высоким крутящим моментом для увеличения силы резания с коэффициентом перегрузки, который может достигать трехкратной нормальной рабочей нагрузки, что дает им высокую гибкость для работы в широком диапазоне типов грунтов, включая крупный песок и выветрившийся песчаник. Независимые системы нагнетания грунта и цементации могут при необходимости дополнительно улучшить состояние забоя, а поскольку проседание земли, связанное со строительством, остается небольшим, минимальная требуемая вскрышная порода может быть всего в 1,5 раза больше диаметра туннеля, что открывает возможности для более мелкой установки, которые были бы невозможны с помощью менее точных методов.

Типичные применения в инфраструктурных проектах

Машины для подъема труб с балансом давления земли находят наибольшее применение в проектах, где минимизация разрушения поверхности так же важна, как и сам трубопровод. Муниципальные линии канализации и водоснабжения остаются наиболее распространенным применением, особенно в густонаселенных городских районах, где рытье открытой траншеи может нарушить движение транспорта, существующие коммуникации и близлежащие сооружения на недели или месяцы. Кабелепроводы для силовых кабелей и трубы для кабелей связи следуют за ними, поскольку поставщики коммунальных услуг все чаще отдают предпочтение бестраншейной прокладке, чтобы избежать затрат и сбоев в проведении наземных земляных работ в оживленных коридорах.

Где этот метод имеет тенденцию превосходить строительство открытой траншеи

• Плотные городские улицы, где нарушение поверхности должно оставаться минимальным
• Переходы под автомобильными, железными дорогами или водными путями, где раскопки открытым способом нецелесообразны.
• Площадки с существующими подземными коммуникациями, которые нельзя трогать во время установки
• Экологически чувствительные районы, где раскопки на поверхности могут нанести долгосрочный ущерб.
• Трубопроводы на большие расстояния, где промежуточные подъемные станции могут увеличить общую длину привода.

Что следует оценить перед выбором машины для вашего проекта

Выбор подходящей машины для продавливания труб с балансировкой давления грунта для конкретного проекта начинается с четкого понимания грунтовых условий, поскольку этот метод лучше всего работает в определенных типах грунтов и может оказаться неэффективным в других без необходимых модификаций. Анализ данных геотехнических исследований перед выбором оборудования помогает определить, будет ли достаточно стандартной конфигурации EPB или потребуются дополнительные функции, такие как улучшенные системы цементации или специализированные режущие головки, для работы на более твердом или изменчивом грунте. Длина проекта, требования к изгибу и требуемый диаметр трубы также влияют на выбор машины, поскольку не каждая система EPB рассчитана на одинаковые расстояния подъема или допуски на кривизну.

Вопросы для обсуждения с вашим поставщиком оборудования

• Что говорят геотехнические изыскания о составе грунта вдоль планируемого маршрута?
• Каков требуемый диаметр трубы и соответствует ли он номинальному диапазону машины?
• Предусматривает ли проект криволинейное выравнивание и какой допуск на кривизну поддерживает машина?
• Потребуются ли промежуточные подъемные станции для более длительных поездок?
• Какие возможности по цементированию или кондиционированию грунта предлагает машина для грунтов с переменным типом грунта