Mikrotuneling staje się coraz bardziej popularną bezwykopową

Transkrypt

1 ABC mikrotunelingu część 2 Mikrotuneling staje się coraz bardziej popularną bezwykopową metodą budowy rurociągów podziemnych. Technologia ta stosowana jest przede wszystkim do układania rurociągów i rur osłonowych, które muszą spełniać ostre kryteria, dotyczące przebiegu trasy oraz nachylenia. Jedno z najbardziej powszechnych zastosowań dotyczy kanalizacji grawitacyjnej, gdzie zasadnicze znaczenie mają dokładność ułożenia oraz spadek kanału. Głowice mikrotunelingowe Głowice mikrotunelingowe to zdalnie sterowane maszyny do wykonywania tuneli o średnicach od 250 mm do 4200 mm. Górna granica średnicy jest czysto umowna i została określona ze względu na potrzebę podziału zakresu drążenia tuneli i mikrotuneli. Powszechnie przyjmuje się, że powyżej 4,2 m drążymy już tunele. Istotą głowic mikrotunelingowych jest fakt, że pracują z pełnymi tarczami skrawającymi. Oznacza to, że hydraulicznie obracana tarcza skrawająca urabia grunt całą swoją powierzchnią na pełnej powierzchni przodka. Tarcza ta może obracać się w prawą i lewą stronę, co pozwala na korygowanie położenia kątowego głowicy mikrotunelingowej. Głowice można wyposażyć w różne rodzaje tarcz skrawających (Standard-soft, Mix, HardRock), dzięki czemu mogą one pracować w każdych warunkach geologicznych. Przezbrojenie głowicy mikrotunelingowej do danych warunków geologicznych polega na wymianie samej tarczy skrawającej. Cała głowica pozostaje jednak ta sama. Przezbrojenie jest operacją szybką i stosunkowo prostą, więc może być wykonane w warsztacie właściciela głowicy. Głowice powyżej średnicy 1200 mm wyposażone są we włazy umożliwiające dostęp do przodka tunelu. Służą one do inspekcji przodka oraz traczy skrawającej, wymiany zużytych narzędzi skrawających oraz usuwania ewentualnych, nietypowych przeszkód podziemnych, np. pni drzew, dużych głazów narzutowych, zakopanych konstrukcji stalowych itp. Narzędzia skrawające zęby i dyski mają specjalną konstrukcję mocowania umożliwiającą ich wymianę od strony maszyny. Pozwala to na ich szybką wymianę pod ziemią bez potrzeby wyciągania głowicy na powierzchnię. Fot. 1. Trzy typy tarcz wiercących: Rock, Mix, Standard (od góry) Rys. 1. Głowica AVN: 1. Tarcza skrawająca, 2. zęby tnące, 3. kruszarka w komorze roboczej, 4. dysze płuczkowe, 5. łożysko główne, 6. silnik obrotu tarczy, 7. uszczelka, 8. siłownik sterowania, 9. przewód płuczkowy odbierający, 10. tarcza laserowa systemu naprowadzania, 11. wiązka lasera, 12. system by-passów. Dymitr Petrow-Ganew Herrenknecht AG 52 Inżynieria Bezwykopowa lipiec - wrzesień 2005

2 Firma Herrenknecht oferuje kilka technologii mikrotunelingowych do budowy tuneli instalacyjnych: AVN oraz AVND z płuczkowym transportem urobku, EPB z mechanicznym transportem urobku, TBM do pracy w skałach. Głowice płuczkowe AVN i AVND Głowice AVN i AVND to jedne z najpopularniejszych maszyn, zarówno w kraju, jak i na świecie. Są to głowice uniwersalne, mogące pracować w każdych warunkach hydrogeologicznych, przez co mają szeroką gamę zastosowań w firmach wykonawczych. Głowice AVN pracują z wymiennymi tarczami skrawającymi, dobieranymi do warunków gruntowych występujących w danym projekcie. Hydraulicznie obracana tarcza skrawająca urabia grunt całą swoją powierzchnią tnącą. W komorze roboczej wyposażonej w kruszarkę następuje wymieszanie urobku z płuczką. Powstałą w ten sposób zawiesinę wypompowuje się przewodami płuczkowymi na zewnątrz tunelu do zbiorników sedymentacyjnych, gdzie urobek separuje się od płuczki. Po regeneracji pompowana jest w cyklu zamkniętym z powrotem do głowicy mikrotunelingowej. Płuczka poddana odpowiedniemu, kontrolowanemu przez komputer ciśnieniu i przepływowi zabezpiecza także przed napływem wody gruntowej oraz stabilizuje przodek. Zasada działania kruszarki stożkowej, znajdującej się w komorze roboczej, podobna jest do pracy młynka do kawy. Kruszarka jest w stanie rozkruszyć wszystkie kamienie i głazy o przekroju 1/3 średnicy głowicy mikrotunelingowej. Większe głazy są wstępnie kruszone dyskami na tarczy skrawającej. W warunkach wysokiego poziomu wody gruntowej należy stosować głowice AVND, wyposażone w specjalną komorę powietrzną. Za pomocą sprężonego powietrza, a dzięki wytworzonej poduszce powietrznej, operator precyzyjnie kontroluje ciśnienie płuczki bentonitowej, która zabezpiecza przodek tunelu i nie pozwala na zwiększony napływ wody gruntowej. Możliwość uzyskania nadciśnienia w komorze roboczej pozwala dodatkowo na przegląd tarczy i wymianę narzędzi skrawających od strony tunelu, bez niebezpieczeństwa zalania samej głowicy oraz całego tunelu. Dlatego głowice AVND wyposażone są w szczelne włazy oddzielające komorę roboczą od tylnej części głowicy. Aby ludzie mogli pracować w warunkach podwyższonego ciśnienia, głowice AVND wyposaża się często w komory dekompresyjne znajdujące się za głowicą mikrotunelingową. Głowice EPB z systemem równoważenia parcia gruntu Głowice EPB (ang. Earth Pressure Balance) przeznaczone są do pracy w gruntach spoistych oraz mieszanych, niestabilnych, z wysokim poziomem wód gruntowych. Głowice te wyposażone są w przenośnik ślimakowy, którego konstrukcja skutecznie zapobiega niekontrolowanemu przepływowi wody gruntowej oraz bardzo precyzyjnie równoważy parcie gruntu. Zarówno w gruntach spoistych (gliny, iły), jak i w nawodnionych, piaszczystych zmniejsza się ryzyko powstawania niekontrolowanych kawern. W systemach EPB do transportu urobku stosuje się wagoniki, przenośniki taśmowe lub pompy szlamowe. Nie ma w nich kruszarek, dlatego tarcze skrawające wyposaża się standardowo w dyski tnące, które bezpośrednio kruszą napotkane głazy i otoczaki. Mniejsze kamienie zostają rozkruszane przez specjalną konstrukcję pierwszej części przenośnika ślimakowego. Dzięki mechanicznemu usuwaniu urobku nie stosuje się w tej technologii systemu płuczkowego, pomp płuczkowych czy też separatorów płuczki. System ten jest szczególnie ekonomiczny przy układaniu rurociągów w gruntach gliniastych i ilastych o bardzo drobnych frakcjach. Fot. 2. Różne typy tarcz skrawających Fot.3. Właz do komory roboczej Fot. 4. System AVN Fot. 5. System EPB (w środku) Inżynieria Bezwykopowa lipiec - wrzesień

3 Głowice TBM Są to głowice przystosowane do drążenia tuneli w litej skale. Tarcze skrawające wyposażone są w dyski tnące z węglików spiekanych, a transport urobku jest mechaniczny. Ze względu na potrzebę stosowania dysków tnących głowice te służą do drążenia tuneli o średnicach powyżej DN 800, choć na specjalne zamówienie możliwe jest wykonanie głowic mniejszych (DN 600). Dobór głowic Głowice mikrotunelingowe dobieramy pod względem średnicy zewnętrznej rury przeciskowej oraz warunków hydrogeologicznych dla danego projektu. Średnice standardowych głowic mikrotunelingowych, zgodnie z niemieckimi, a obecnie unijnymi normami mikrotunelingowymi, są ściśle związane z rurami przeciskowymi wykonanymi z żelbetu lub polimerobetonu. Oznacza to, że np. głowica AVN 600 odpowiada rurze przeciskowej DN 600, której średnica zewnętrzna wynosi 760 mm, a głowica AVN 1200 rurze DN 1200, o średnicy zewnętrznej 1490 mm. Warto pamiętać, że średnica głowicy mikrotunelingowej musi być nieznacznie większa od średnicy zewnętrznej rury przeciskowej. Dla każdej głowicy możliwe jest zastosowanie specjalnego poszerzenia, które pozwala na ułożenie rurociągu za pomocą rury o średnicy większej o jedną dymensję od rury standardowej. O ile nie ma problemu z doborem głowic do rur żelbetowych, poilmerobetonowych czy kamionkowych, o tyle dla rur poliestrowych konieczne jest z reguły stosowanie specjalnych zestawów poszerzających. Ponieważ rury poliestrowe produkowane są w dużo większej gamie wymiarów, warto dobierać ich średnice zewnętrzne tak, aby pasowały do standardowych głowic mikrotunelingowych. Szczególnie dotyczy to krótkich projektów. W tabeli 1 i 2 podajemy średnice głowic mikrotunelingowych i odpowiadających im rur przeciskowych. Szyby technologiczne Wiercenie tunelu odbywa się pomiędzy dwoma szybami technologicznymi szybem startowym i szybem końcowym. Szyb startowy jest zazwyczaj większy, gdyż musi umożliwić zainstalowanie ramy pchającej. Szyb końcowy potrzebny jest jedynie do wyciągnięcia głowicy mikrotunelingowej i jest znacznie mniejszy. Bardzo często jednak szyb końcowy jednego odcinka jest zarazem szybem startowym odcinka następnego. Wielkość szybu zależy od zastosowanej głowicy mikrotunelingowej oraz typu ramy pchającej. Najpopularniejszym typem jest rama Compact, która pozwala na znaczne zmniejszenie gabarytów szybu startowego. Konstrukcja tejże umożliwia ułożenie rury przeciskowej pomiędzy siłownikami przeciskającymi, przez co sama rama jest nieznacznie dłuższa od rury przeciskowej. Wymiary szybu startowego zależą także od długości stosowanych rur przeciskowych. Przy średnicach do 800 mm długość rur wynosi 1 m lub 2 m, dla większych średnic stosuje się rury o długości 3 m. Wymiary szybów roboczych w zależności od średnicy rury przeciskowej oraz jej długości podano w tabelce nr 3 i 4. Szyby mogą być okrągłe, prostokątne lub wielokątne. Zależność ta wynika z kierunków drążonych z danego szybu tuneli. Szyby wykonuje się przeważnie z zabijanych grodzic stalowych lub z elementów betonowych. Jednak ta pierwsza metoda stała się najpopularniejsza w Polsce, zarówno dla dużych, jak i małych średnic rurociągów. Cechą wspólną dla każdego szybu startowego jest ściana oporowa potrzebna dla ramy przeciskowej. Ściana ta zwykle o konstrukcji żelbetowej musi zapewnić ramie przeciskowej uzyskanie swojej maksymalnej siły wpychania. Bardzo istotne jest, by stanowiła integralną część szybu, tak aby podczas wprowadzania rur przeciskowych nie dopuścić do przesunięcia ramy lub naruszenia struktury szybu i otaczającego gruntu. Od strony wejścia głowicy w szybie montuje się uszczelkę wejściową, która zapobiega przedostawaniu się wody gruntowej oraz bentonitu do szybu startowego. Rury przeciskowe W technologii mikrotunelingu stosowane są rury przeciskowe o specjalnej konstrukcji. Średnica zewnętrzna rur przeciskowych musi być taka sama na całej długości. Są one gładkie i nie mają tradycyjnych muf. Każda rura posiada na jednym końcu pierścień stalowy lub poliestrowy, będący jakby kielichem, a na drugim, Rys. 2. Głowica mikrotunelingowa AVND 1. tarcza skrawająca, 2. komora robocza, 3. komora odbierająca, 4. przegroda płuczkowa, 5. łożysko główne, 6. śluza powietrzna, 7. silnik obrotu tarczy; 8. płuczka, 9. właz; 10. przewód płuczkowy odbierający, 11. poduszka powietrzna, 12. siłownik sterujący, 13. by-pass, 14. silnik napędowy, 16. komora dekompresyjna, 17. system regulacji nadciśnienia Rys. 3. Głowica EPB: 1. Tarcza skrawająca, 2. przekładnia, 3. właz, 4. uszczelka, 5. przenośnik ślimakowy, 6. przenośnik taśmowy, 7. wagonik 54 Inżynieria Bezwykopowa lipiec - wrzesień 2005

4 Rys. 4. System sterowania UNS Dane techniczne Tab. 3. Wymiary szybów dla głowic AVN Tab. 4. Wymiary szybów dla głowic AVN AVN250XC AVN300XC AVN400XC AVN500XC AVN600XC AVN700XC Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Średnica zewnętrzna głowicy [mm] Rura przeciskowa Dz [mm] Rura przeciskowa Dn [mm] Max moment obrotowy [knm] 5,9 9,4 13,4 22,2 33,5 40,1 Moc znamionowa [kw] Długość poj. odcinka (sugerowana) [m] Tab. 1. Dane techniczne głowic AVN Dane techniczne AVN800XC AVN800XC AVN1000XC AVN1200XC AVN1400XC AVN1600AC Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Standard Poszerzenie Średnica zewnętrzna głowicy [mm] 975 1,110 1,110 1,295 1,295 1,505 1,505 1,740 1,740 1,810 1,970 2,150 Rura przeciskowa Dz [mm] 960 1,090 1,090 1,280 1,280 1,490 1,490 1,720 1,720 1,780 1,940 2,120 Rura przeciskowa Dn [mm] ,000 1,000 1,200 1,200 1,400 1,400 1,500 1,600 1,800 Max moment obrotowy [knm] Moc znamionowa [kw] Długość poj. odcinka (sugerowana) [m] Tab. 2. Dane techniczne głowic AVN Inżynieria Bezwykopowa lipiec - wrzesień

5 tzw. bosym końcu uszczelkę gumową. Pomiędzy rurami stosuje się przekładkę drewnianą, która niweluje nierównomierność rozłożenia sił przeciskowych. Jest to szczególnie istotne przy drążeniu tuneli po łuku. Ze względu na duże siły przeciskowe stosuje się rury z żelbetu, polimerobetonu, kamionki, a także rury poliestrowe i stalowe. Nie używa się natomiast rur PE, HDPE czy PVC ze względu na ich ograniczoną sztywność i wytrzymałość na ściskanie. Standardowe długości rur przeciskowych to 1, 2 i 3 m. Dla dłuższych projektów mikrotunelingowych stosuje się rury przeciskowe o różnej konstrukcji: rury standardowe, rury czołowe o wzmocnionej konstrukcji (mocowane zaraz za głowicą mikrotunelingową), rury międzystacyjne przed- i zastacyjne (dla pośrednich stacji wpychających), rury bentonitowe (z dyszami do wprowadzania bentonitu). Przy doborze rur poliestrowych powinno się zwrócić uwagę na średnice zewnętrzne, tak aby dobrać je optymalnie do standardowych głowic mikrotunelingowych. Dla kolektorów o średnicach powyżej DN 2,20 coraz częściej instaluje się wykładziny segmentowe. Są one dużo łatwiejsze i tańsze w transporcie niż rury wielkogabarytowe. Systemy sterowania W technologii mikrotunelingu używa się głównie laserowych systemów namierzania, w których wiązka z lasera zamocowanego w szybie startowym pada na elektroniczny odbiornik umieszczony w głowicy mikrotunelingowej. Cyfrowe dane z odbiornika przesyłane są do komputera sterującego, który analizuje je oraz zapisuje w pamięci. System ELS (Electronic Laser System) stosuje się do prostoliniowego układania rurociągów na dystansie do 200 m. Przy odległościach do 400 m należy stosować system ELS-HWL z hydrostatycznym poziomowaniem. Przy dłuższych instalacjach i układaniu rurociągu po łuku należy zastosować system GNS-P z żyrokompasem zamiast lasera. Podczas projektowania tunelu po łuku należy pamiętać o minimalnym promieniu łuku, który zależy od średnicy rurociągu oraz długości jednostkowych rur przeciskowych. Fot. 6. Szyb okrągły Fot. 7. Szyb prostokątny Fot. 8. Rurociąg z wykładziny segmentowej Długie dystanse Standardowe długości rurociągów układanych technologią mikrotunelingu wynoszą od 60 do 130 m. Przy tunelach powyżej 100 m wymagane jest stosowanie pośrednich stacji wpychających oraz smarowanie zawiesiną bentonitową zewnętrznego płaszcza rury. Stacja pośrednia, będąca pierścieniem siłowników hydraulicznych, montowanych wewnątrz stalowego płaszcza specjalnej rury przeciskowej, dzieli rurociąg na mniejsze, bardziej korzystne do przepychania odcinki. Każdy taki odcinek może przesuwać się niezależnie od reszty rurociągu. Pośrednie stacje wpychające montuje się w odległości co 100 m, przy czym pierwszą stację umieszcza się ok. 30 m za głowicą mikrotunelingową. Zmniejsza to znacznie siły przeciskowe działające na cały rurociąg. Każda stacja pośrednia jest niezależnie sterowana z pulpitu operatora. Przy długich dystansach dodatkowym problemem staje się tarcie pomiędzy powierzchnią zewnętrzną rury a gruntem. Ogranicza się je, stosując smarowanie zewnętrznego płaszcza rury mieszaniną bentonitową wraz z dodatkiem polimerów. Płuczka smarująca, transportowana wężami ułożonymi wewnątrz instalowanego rurociągu, jest wstrzykiwana w przestrzeń międzyrurową poprzez dysze, w które wyposażone są przeciskowe rury bentonitowe. Każda dysza zasilana jest niezależnie z głównego obwodu smarowania. Rury smarujące montuje się w 10-metrowych odstępach przy smarowaniu ręcznym lub co 15 metrów, gdy używa się automatycznego systemu smarowania. Długości pojedynczych tuneli z zastosowaniem stacji pośrednich dochodzą do kilkuset metrów. Najdłuższy jednostkowy odcinek wykonany za pomocą urządzeń Herrenknecht wyniósł 2535 m (Project Europipe). Autor artykułu chętnie odpowie na wszelkie dodatkowe pytania. Na życzenie prowadzi on także szkolenia dla biur projektów, wykonawców oraz inwestorów. (Dymitr Petrow-Ganew, tel. kom.: , ganew.dymitri@herrenknecht.de) 56 Inżynieria Bezwykopowa lipiec - wrzesień 2005

6 M I K mikrotunelowanie R O T U N E L I N G P E W N E R O Z W I Ą Z A N I E Bezwykopowo na calym świecie. Mikrotuneling to bezpieczna, wysoce precyzyjna, bezwykopowa technologia budowy instalacji podziemnych przyjazna dla ludzi i środowiska naturalnego. Ponad 900 systemów mikrotunelingowych firmy Herrenknecht pracuje na calym świecie, w każdych warunkach hydro-geologicznych, przy minimalnej ingerencji czlowieka w otaczające środowisko. Te wysoce wyspecjalizowane urządzenia ukladają bezwykopowo kolektory kanalizacyjne, wodne, gazociągi, ropociągi oraz inne kanaly technologiczne o średnicach od 250 mm do 4,2 m. Na krótkich dystansach wykorzystywane są systemy Bohrtec poziomych wiertnic sterowanych, które z dużą dokladnością ukladają kanalizację grawitacyjną także poniżej poziomu wody gruntowej. Tam, gdzie należy ulożyć rurociąg pod dużą przeszkodą terenową niezbędne stają się wiertnice do horyzontalnych przewiertów sterowanych (HDD). Herrenknecht oferuje wiertnice: modulowe, na naczepach lub na podwoziu gąsienicowym o sile uciągu od 600 kn do kn. HERRENKNECHT z naszym doświadczeniem pomożemy Ci wykonać każdy tunel. Glowica AVN 1600 (Ø mm) na budowie kolektora w Gudingen, Niemcy. Wiertnica sterowana Herrenknecht HK250F do budowy rurociągu BTC w Azerbejdżanje. Bohrtec BM 400 do budowy kolektorów grawitacyjnych do DA 620 mm. SPRZEDAŻ I WYNAJEM URZA DZEŃ Herrenknecht AG Przedstawiciel na Polskę: Schlehenweg 2 Dymitr Petrow-Ganew D Schwanau, Germany tel.: tel.: fax: fax: tel. kom.: avn@herrenknecht.de ganew.dymitr@herrenknecht.de Inżynieria Bezwykopowa lipiec - wrzesień