Микротоннелепроходческий комплекс МТПК-1550 «Бирюза», предназначен для сооружения тоннелей методом продавливания железобетонных, полимербетонных и стальных труб в смешанных, в том числе водонасыщенных грунтах с коэффициентом прочности до ƒ < или = 6 по шкале М.М. Протодьяконова при гидростатическом давлении до 0,3МПа.
Комплекс состоит из следующих основных частей:
Щитовой проходческой микромашины диаметром 1550мм, включающей режущую головку с управляемой поворотной головной частью, оснащенной ротором в герметичной камере с конической дробилкой, центральной и хвостовой части с адаптером для размещения технологического оборудования.
Силовой домкратной установки, включающей опорную раму, силовые гидродомкраты, каретку и нажимную плиту.
Промежуточной домкратной установки с гидродомкратами.
Контейнера управления с размещенным в нем оборудованием управления, контроля и пультом оператора комплекса.
Оборудования по тоннелю, оборудования в шахтном стволе и надшахтного оборудования: трубопроводов для подачи воды в забой и откачки пульпы из забоя, гидроциклона для отделения грунта от воды, эстакады для кантования секций труб сооружаемого тоннеля, установки для приготовления и подачи бентонитового раствора, передвижной электростанции, силовых кабелей, кабелей управления и т. д.
Системы ведения щитовой микромашины по трассе, включающей лазерную установку в шахтном стволе и фотоприемное устройство на щитовой микромашине.
Гидро и электрооборудования.
Техническая характеристика МТПК-1550 «Бирюза»
Наружный диаметр прокладываемых
железобетонных и полимеробетонных труб, мм 1500
Внутренний диаметр железобетонных
и полимеробетонных труб, мм 1200
Наружный диаметр стальной
трубы, мм 1520
Длина секции трубы, мм 3000
Наружный диаметр щитовой микромашины, мм 1550
Макс. крутящий момент на роторе, кНм (тсм) 177(18)
Число оборотов ротора, мин-1 0…6
Гидродомкраты управления головной частью, шт 4
Макс. угол поворота головной части, град. 2
Макс. усилие силовой домкратной установки, кН(тс) 5886 (600)
Ход гидродомкратов силовой домкратной установки, мм 1850
Скорость выдвижения гидродомкратов
силовой домкратной установки, м/мин 0…0,3
Макс. усилие промежуточной домкратной установки, кН(тс) 3727 (380)или
5886 (600)
Ход гидродомкратов промежуточной
домкратной установки,мм 350
Максимальная производительность водяного
и грязевого насосов системы гидротранспорта грунта , м3/час 100
Грузоподъемность эстакады, мс 8
Номинальное напряжение питающей цепи, В 380
Частота питающей цепи, Гц 50
Номинальное напряжение цепей управления, В 24
Общая установочная мощность, кВт 250
Масса щитовой микромашины, т 19
Масса силовой домкратной установки , т 13,5
Общая масса комплекса, т 60
Техническая скорость сооружения трубопровода
(в зависимости от горно-геологических условий), м/10час. 10…15
Минимальный радиус сооружаемого тоннеля, м 150
Минимальный внутренний размер котлована, м 7,5х5,0
Монтаж, ввод, выгонка и демонтаж машины, дней (10 час.) 12
Конструктивные решения составных частей комплекса
Режущий инструмент ротора состоит из стержневых, прорезных и оконтуривающих резцов. Все резцы оснащены твердосплавными вставками, обеспечивающими гарантированное разрушение пород крепостью до 600кгс/см2. Крепление резцов быстросъемное, с возможностью замены в промежуточных шахтах, при этом стержневые резцы установлены в поворотных обоймах, а прорезные – качающиеся, что позволяет увеличить срок службы режущего инструмента.
Конусная дробилка представляет собой пространство между вращающейся внутренней поверхностью ротора и неподвижным центральным стержнем, на поверхностях которых размещены продольные пластины – выступы с твердосплавной наплавкой. Для более эффективного разрушения породы, неподвижный центральный стержень установлен с эксцентриситетом к оси вращения ротора.
Для предотвращения повышенного износа на все рабочие поверхности (забурник, ротор, неподвижный центральный стержень и т.д.), контактирующие с разрабатываемым грунтом, нанесена твердосплавная наплавка, а, кроме того, неподвижный центральный стержень выполнен съемным, что позволяет осуществлять его оперативный ремонт или замену.
Главный подшипник, на котором установлен ротор в головной части, выполнен трехрядным на цилиндрических роликах, что обеспечивает восприятие высоких нагрузок во всех направлениях и передачу крутящего момента на ротор через зубчатое колесо, установленное на внутренней обойме подшипника. Такая конструкция обуславливает универсальность и компактность этого узла.
Для вращения ротора применены три мотор - редуктора, состоящих из планетарного редуктора и гидромотора, с возможностью регулирования скорости вращения ротора в зависимости от прочности грунтов по трассе проходки, что позволяет при небольших габаритах обеспечить высокий крутящий момент на роторе. Для увеличения срока службы зубчатая передача размещена в замкнутом пространстве с постоянной жидкой смазкой и возможностью ее периодической замены.
Головная часть режущей головки щитовой микромашины имеет герметичную камеру, отделенную от тоннельного пространства перегородкой, на которой установлен ротор. Для предотвращения попадания воды, грунта и т.п. в наиболее ответственные узлы микромашины (главный подшипник и зубчатые передачи) головная часть оснащена узлами уплотнений между подвижными и неподвижными частями, с уплотнениями, изготовленными из полиуретана со специальными антифрикционными добавками. С целью повышения надежности и увеличения срока службы в уплотнительных узлах через несколько каналов при вращении ротора постоянно нагнетается пластичная смазка под высоким давлением.
Режущая головка головной части микромашины шарнирно соединена с ее опорной частью и управляется четырьмя гидродомкратами, обеспечивающими поворот головной части на необходимый угол. Контроль поворота осуществляется при помощи датчиков перемещения, расположенных между головной и опорной частями режущей головки.
Для контроля беспросадочности или выпучивания дневной поверхности при проходке на небольших глубинах на герметичной перегородке головной части установлены два датчика давления грунта в забое.
Головная часть совместно с опорной частью составляют режущую головку щитовой микромашины, в стыке между которыми установлены уплотнения и каналы для подачи пластичной смазки для предотвращения попадания воды и грунта. На опорной части расположен гидравлически управляемый выдвижной стабилизатор для предотвращения проворота щитовой микромашины от реактивного момента вращения ротора, и установлено фотоприемное устройство (мишень) оптико-лазерного устройства ведения щитовой микромашины по трассе сооружаемого тоннеля.
Корпус щитовой микромашины предназначен для размещения технологического оборудования: автоматизированной системы подачи пластичной смазки, маслостанции привода вращения ротора, маслостанции управляющих и вспомогательных гидродомкратов щитовой микромашины, теплообменника охлаждения рабочей жидкости и др. гидрооборудования. Для снижения о грунт трения по наружным поверхностям микромашины и става проталкиваемых секций труб и обеспечения беспросадочности в корпусе расположен трубопровод разводки с отверстиями для подачи бентонитового раствора за наружную поверхность щитовой микромашины в зазор, образованный оконтуривающими резцами ротора.
Хвостовая часть щитовой микромашины предназначена для размещения электрооборудования (силовые шкафы, шкафы управления и т.д.) и байпаса для переключения направления потока жидкости гидротранспорта. Для сочленения щитовой микромашины и става продавливаемых секций труб предназначен адаптер, соединенный с хвостовой частью, с возможностью отклонения его и последующего става от продольной оси.
Для ввода щитовой микромашины в забой в стартовом шахтном стволе режущая головка, корпус и хвостовая часть с адаптером соединяются между собой фланцевыми болтовыми соединениями. Длина каждой последовательно монтируемой части конструктивно не превышает длины секции продавливаемой трубы.
Для бесперебойного удаления из забоя разрабатываемого ротором грунта при проходке в различных горногеологических условиях предназначена система гидротранспорта, которая обеспечивает подачу воды в забой через отверстия в забурнике, отверстия в неподвижном центральном стержне и через расположенные по периферии на перегородке головной части специальные форсунки.
Для периодического промывания грунтового трубопровода, в хвостовой части щитовой микромашины расположен гидравлически переключаемый байпас.
В системе гидротранспорта применены водяной и грязевой насосные агрегаты высокой производительности с регулированием частоты вращения.
Система сепарации включает в себя гидроциклон и два отстойника, в которых грунт отделяется от воды.
Промежуточная домкратная установка позволяет увеличить длину проходки из одного шахтного ствола, а разборная конструкция демонтировать ее из тоннеля и использовать многократно.
МТПК -1550 « Бирюза» по своей комплектации является базовой конструкцией. При комплектации дополнительным оборудованием (ротор, рубашки, крепеж) его можно использовать при прокладке трубопровода наружным диаметром до 1800мм.
В конструкции комплекса МТПК – 1550 «Бирюза» использованы новые технические решения, направленные на повышение эксплуатационных свойств, защищенные патентами РФ.
№2151296, «Проходческий щит» (приоритет от 08.06.1999г.), в котором эксплуатационная надежность и повышение производительности обеспечивается применением на роторе режущего инструмента новой конструкции, которые прошли успешные испытания при проходке 550м в сложных условиях.
№2182667, «Проходческий щит», (приоритет от 13.07.2000г), в котором выполнение в роторном рабочем органе дополнительной фигурной полости-измельчителя исключает забивание отводящего канала системы гидротранспорта.
№2201505, «Уплотнительный узел роторного проходческого щита», (приоритет от 29.05.2001г), конструкция которого повышает надежность за счет обеспечения герметизации зазоров между неподвижными и подвижными частями головной части щитовой микромашины с использованием упругих профилированных элементов, например из полиуретана.
Изготовление и испытание основных узлов МТПК-1550 осуществил Сызранский завод тяжелого машиностроения. Комплектацию, настройку и испытание с реальными нагрузками провел ЦНИИАиГ на специальном стенде. Пульт управления и программное обеспечение функционирования комплекса разработаны ООО «ПЛК системы». Окончательную сборку, настройку и заводские испытание комплекса были проведены ООО «Альянс К». В создании комплекса МТПК -1550 так же приняли участие ОАО «Гидромаш» г. Нижний Новгород, ООО «Пневмостроймашина» г.Екатеринбург, ООО «ЭКУ» г. Москва, ООО «Ресурс и к» г, Новосибирск, ООО «Метроник» г. Москва, ООО «Техноцентр редуктор» г. Ижевск, ООО «Блокформа» г. Владимир и многие другие. Для комплектации МТПК «Бирюза» использованы лучшие образцы отечественной и зарубежной техники, которые с положительной стороны зарекомендовали себя при эксплуатации аналогичных изделий, как в России, так и за рубежом. Конструкция комплекса позволяет по требованию заказчика комплектовать системы как импортными, так и отечественными комплектующими.
В октябре 2006 года МТПК «Бирюза» была смонтирована на объекте «Усиление Жабинского коллектора на участке от Михалковской ул. До Октябрьской ж.д. и ООО «Альянс К» приступил к окончательным испытаниям комплекса. После загонки щитовой микромашины и установки трех рабочих труб по трассе проходки были обнаружены в системе гидротранспорта металлические элементы, а в районе ротора услышан металлический скрежет. Было принято решение остановить проходку и выяснить природу этого явления. При раскопке шурфа перед ротором были обнаружены вертикально расположенный стальной 24 двутавр и остатки труб со следами работы режущего инструмента. На роторе был поврежден ряд оконтуривающих резцов. На дробилке видимых повреждений не обнаружено. После замены вышедших из строя резцов щитовая проходка продолжилась. Системы функционировали в нормальном рабочем режиме.
ООО «Альянс-К»
Из материалов «Общероссийской научно-практической
конференции по бестраншейным технологиям» 2006 г.
