Выдвинутые XXVII съездом КПСС задачи ускоренного внедрения в народное хозяйство достижений науки и техники, совершенствования капитального строительства особенно актуальны в метростроении с его постоянно расширяющимися объемом и географией, а также относительно высоким уровнем стоимости сооружений.
Интенсивный рост жилищного строительства, активная реконструкция исторически сложившихся и создание новых общественных и торговых центров в крупнейших городах Советского Союза требуют выполнения широкой программы по совершенствованию всех видов городского общественного транспорта, в том числе метрополитена, позволяющего наиболее эффективно и на современном уровне решать транспортные проблемы, возникающие на наиболее напряженных пассажирообразующих направлениях. В свете реализации этой программы текущая пятилетка характеризуется значительным ростом объемов работ по строительству метрополитенов. С целью выполнения поставленных задач стройки оснащаются механизированными комплексами, выполняющими самый трудоемкий процесс — разработку забоя. Парк механизированных щитов значительно возрос. С использованием этой техники построена большая часть тоннелей метрополитенов в Ленинграде, Минске, Горьком, Новосибирске. В целом объем сооружения тоннелей механизированными щитами в одиннадцатой пятилетке возрос по сравнению с десятой пятилеткой более чем в 2,5 раза. Но в результате паспортизации выявлено, что, несмотря на большую насыщенность механизмами и машинами, число рабочих, занятых ручным трудом, составляет 21,2 тыс. человек, или 49,1% от общей численности рабочих Главтоннельметростроя, из них тяжелым физическим трудом заняты 7,8 тыс. человек, или 17,9%. Уровень ручного труда, зафиксированный статистической отчетностью, составляет: на проходке выработок закрытым способом — 33,6%, открытым — 53,6%, при гидроизоляции — 40,65%, на транспортных работах в тоннелях — 50,8%, Особо следует выделить строительство притоннельных выработок и служебных помещений метрополитенов, трудоемкость сооружения которых составляет 25-30% трудоемкости возведения станций и проходки перегонных тоннелей. Объем ручного труда здесь доходит до 70-80%.
Большой удельный вес ручного труда приходится на отделочные, погрузочно-разгрузочные, путевые и бетонные процессы.
Приведенные данные свидетельствуют о неиспользованных резервах и возможностях повышения производительности труда, улучшения его организации и механизации производственных процессов. В текущей пятилетке общий объем строительно-монтажных работ по сооружению метрополитенов значительно возрос. Вводятся в эксплуатацию свыше 120 км новых линий, что требует более смелого и интенсивного внедрения новой техники, ускорения ее разработки, внимательного и всестороннего изучения опыта, накопленного при строительстве метрополитена у нас и за рубежом.
В последние годы при строительстве метрополитенов широкое применение нашел модульный принцип построения систем механизации. Он заключается в создании механизированных щитовых комплексов для различных инженерно-геологических условий.
В связи с большой перспективностью применения монолитно-прессованной обделки, СКТБ Главтоннельметростроя был разработан проходческий комплекс ТЩБ-7. Новая технологическая схема подземных работ — сооружение тоннелей с монолитно-прессованной обделкой комплексом ТЩБ-7 — пригодна главным образом в песках с пределом прочности на сжатие до 2 МПа и размером включений до 200 мм.
Основной агрегат комплекса — проходческий щит диаметром 5,9 м. Корпус его представляет собой ножеопорное кольцо, собранное из отдельных сегментов. В головной части установлены две неподвижные горизонтальные площадки, на нижней из которых смонтирована выдвижная платформа. В ячейках щита размещены машины челюстного типа для разработки забоя, выполненные в виде подвижной рамы с шарнирно-закрепленными на ней челюстями. При работе рама совершает возвратно-поступательное движение, а челюсти поворачиваются на ней вокруг шарниров. Погрузочная машина, закрепленная на кронштейне распорной балки корпуса щита, разрабатывает нижнюю часть забоя и подает грунт на щитовой транспортер.
Механизм перестановки опалубки включает опорную раму с ходовыми балками, электромеханический привод передвижения, механизмы установки опалубки, гидронасосную систему и пульт управления. Принцип работы комплекса ТЩБ-7 основан на сочетании вдавливания в забой ножевой части корпуса щита и одновременного прессования в хвостовой части оболочки бетонной смеси реактивными усилиями 25 щитовых гидроцилиндров. Технология позволяет сооружать тоннель со скоростью 1,8 м в смену. Она не требует сборных железобетонных блоков заводского изготовления — вместо них используется более дешевый монолитный бетон. При этом осадка поверхности земли уменьшается и становится безопасной для зданий и подземных коммуникаций.
В настоящее время комплексы ТЩБ-7 внедрены на строительствах метрополитенов Минска (2 комплекса), Горького (4 комплекса), Москвы (1 комплекс).
Применение монолитно-прессованной бетонной обделки на Московском, Горьковском и Минском метрополитенах снизило трудоемкость и стоимость строительства на 20-25% по сравнению со сборной обделкой. Экономия металла на 1 км тоннеля достигла 250 т. Экономический эффект от использования одного комплекса — 300 тыс. рублей в год.
Аналогичную конструкцию и назначение имеет комплекс ТЩФ-1, который находится на стадии изготовления. Как и ТЩБ-7, он предназначен для сооружения перегонных тоннелей метрополитенов с помощью монолитно-прессованной обделки внутренним диаметром 5,2 м в неводоносных нескальных грунтах с пределом прочности на сжатие 20 кгс/см², в том числе в гравелистых, с размером включений до 200 мм. В отличие от ТЩБ-7 комплекс ТЩФ-1 имеет, кроме прессующего кольца и поддерживающей опалубки, формующую опалубку, продольная ось которой расположена параллельно оси щита. Опалубка установлена на внутренней опоре, закрепленной в корпусе щита, и может передвигаться в продольном направлении при помощи гидроцилиндров. При поворотах корпуса щита в процессе его передвижения поворачивается и формующая опалубка. Поэтому после окончания прессования продольная ось очередного щитового кольца всегда совпадает с продольной осью корпуса щита. Кольцевой стык бетонной обделки постоянно находится вне формующей опалубки и при следующем цикле последняя не оказывает вредного механического воздействия на бетон, находящийся в стадии твердения. За формующей опалубкой передвигаются секции поддерживающей опалубки.
Особенно перспективным в будущем, очевидно, окажется применение комплексов со щитами с экскаваторными и стреловыми режущими органами. В настоящее время существуют и действуют уже несколько таких комплексов.
В конце 1982 г. На участке между ст. Нахимовский проспект и Севастопольская Серпуховского радиуса Московского метрополитена была завершена проходка перегонного тоннеля (правого) механизированным комплексом КМ-42 со щитом ЩНЭ-1, оснащенным экскаваторным рабочим оборудованием. Левый тоннель был пройден с помощью комплекса ТЩБ-7. Щит ЩНЭ-1 — опытный образец, изготовленный по проекту СКТБ на Московском механическом заводе. Он представляет собой составную часть комплекса КМ-42, куда входят также самоходный транспортер, созданный на базе породопогрузочной машины ППН-5, блокоукладчик ТУ-ЗПП, тележка для нагнетания ТН-16 и платформа со стрелой ПП-8.
Тоннельный комплекс КМ-42 со щитом ЩНЭ-1 предназначен для сооружения перегонных тоннелей метрополитена со сборной обделкой внутренним диаметром 5,1 м в песчаных, глинистых и смешанных песчано-глинистых породах естественной влажности или осушенных водопонижением, в том числе содержащих гравийно-галечные отложения и валуны, размером не более 350 мм. Два экскаваторных органа с телескопической стрелой и поворотным ковшом, расположенные на щите ЩНЭ-1, позволяют полностью механизировать разработку и погрузку грунта (от песков до моренных глин) в ячейках агрегата. При этом полностью исключается ручной труд в зоне забоя, резко повышается производительность труда, а затраты на переоборудование незначительны. Проходческая бригада состоит из 7 человек (на обычном немеханизированном щите ЩН-1С — 10 человек), включая двух машинистов щита, управляющих экскаваторными органами. Тоннель длиной 818 м был пройден за 309 рабочих дней. Наибольшая скорость проходки: 6 м/сут, 2,2 м/смену и 98 м/мес; средняя скорость проходки — 3 м/сут.
Недостатки нового щита: компоновка гидравлики выполнена неудачно, затруднена замена и ремонт части щитовых домкратов.
Производительность разработки забоя при помощи двух экскаваторных органов выше на 60%, чем при работе с одним экскаватором. Но при оснащении одноэкскаваторного щита погрузочной машиной производительность щита не уступает производительности щита с двумя органами. Это было учтено при создании комплекса КМ-43 со щитом ЩНЭ-2, который имеет один экскаваторный рабочий орган. В остальном КМ-43 ничем принципиально не отличается от КМ-42. Комплекс КМ-43 был внедрен на строительстве перегонных тоннелей метрополитенов в Куйбышеве и Новосибирске.
Для распространения области применения механизированной проходки тоннелей на слабоустойчивые и смешанные грунты необходимы комплексы, оснащенные сменными исполнительными органами избирательного действия и средствами для удержания забоя. При строительстве метрополитенов в Москве и Новосибирске впервые начали эксплуатироваться агрегаты КТ1-5,6Д2 со сменным стреловым оборудованием (экскаваторным и фрезерным) Ясиноватского машиностроительного завода, созданные на основании технического задания ЦНИИСа по проекту Ясиноватского филиала института «Гипромашобогащение» при участии СКТБ Главтоннельметростроя. Комплекс КТ1-5,6Д2 предназначен для механизированного сооружения перегонных тоннелей как мелкого, так и глубокого заложения, с возведением сборной железобетонной и чугунной обделок. Инженерно-геологические условия его применения: при работе с экскаваторным органом — супеси, суглинки, глины с включениями гравия, гальки и валунов; при работе с фрезерным органом — плотные глины, тергели, известняки прочностью на одноосное сжатие от 80 до 500 кгс/см².
Диаметр сооружаемого тоннеля в свету — 5,1 м, ширина кольца сборной обделки тоннеля — 1 м, диаметр щита наружный — 5,63 м, длина корпуса щита — 5,57 м. Комплекс состоит из проходческого щита, укладчика блоков, транспортного моста, шарнирно-закрепленного на перегородке корпуса щита. По транспортному мосту проходит ленточный конвейер, доставляющий горную массу в бункер и далее в вагонетки. На ленточный конвейер порода с погрузочной машины подается щитовым транспортером. Особенность щита — наличие сменных исполнительных органов: экскаваторного и фрезерного. Предусмотрена возможность замены одного органа другим в процессе сооружения тоннеля без демонтажа щита. Экскаваторные органы — трехзвенные, перемещаются в вертикальной плоскости с помощью гидроцилиндров. Фрезерный орган заимствован от хорошо зарекомендовавшего себя комбайна 4ПП-2. Погрузочная машина выполнена в виде стрелы с ковшом и смонтирована на опоре, установленной на выдвижной раме. Она обеспечивает погрузку породы на ленточный конвейер. Передвижка щита осуществляется гидроцилиндрами, отталкивающимися от ранее уложенной обделки через кольцо уплотнения строительного зазора.
Кроме КТ1-5,6Д2, для строительства тоннелей метрополитенов закрытым способом созданы механические проходческие комплексы для различных условий KTl-5,6; КТ1-5,6Б2. Модернизация комплекса KTl-5,6 позволила применить его при строительстве тоннелей не только на трассе метрополитена, но и на подходных выработках с кривой радиусом до 100 м, которые ранее сооружались при помощи эректора и отбойных молотков. В перспективе экскаваторные щиты должны будут оборудоваться не обычными жесткими горизонтальными полками, осложняющими работу экскаватора и снижающими ее эффективность в глинистых грунтах, а мобильными средствами крепления забоя в виде складных горизонтальных полок и поворотно-подвесных забойных плит. Совмещение в одном агрегате обоих видов мобильного крепления в сочетании с использованием экскаваторного органа позволяет иметь универсальный щит, быстро и эффективно приспосабливающийся к меняющимся по трассе грунтовым условиям. В этом ключ к решению задач скоростного, полностью механизированного строительства.
В последние годы большое распространение получили односводчатые станции глубокого заложения. Оригинальное конструктивное решение и удобство в эксплуатации таких станций обеспечивают им хорошую перспективу, несмотря на ряд имеющихся недоработок. Идет интенсивная работа по созданию агрегата, который позволил бы механизировать сооружение односводчатых станций. Этот вопрос успешно решается специалистами Ленметростроя, СКТБ Ленметрогипротранса и лаборатории ЛенЦНИИС.
Создан и прошел испытания опытный образец механизированного агрегата АМК-1. Он позволяет вести разработку калоттной прорези и возводить верхний свод станции. Агрегат представляет собой самоходную дуговую металлоконструкцию, которая перемещается вдоль станции по рельсам, уложенным на опорах свода. Порода разрабатывается фрезами, которые, перемещаясь по дуге, срезают породу и подают ее вниз на ленточный транспортер. Одновременно по верхнему поясу фермы перемещается транспортная тележка и укладывает элементы обделки. Создание механизированного агрегата для разработки калоттной прорези дало возможность устанавливать в арку распорный блок с домкратами Фрейссине, за счет чего конструкция получается разжатой в породу. Опытные испытания показали, что пока агрегат АМК-1 далек от совершенства и требует доработки, но в целом направление выбрано правильное.
Рассмотренные выше комплексы и механизмы предназначаются для производства проходческих тоннельных работ по сооружению метрополитенов закрытым способом.
В СССР из общей протяженности перегонных тоннелей примерно 30% выполнены открытым способом. Рассмотрим проходческий комплекс КМО 2×5 для сооружения перегонных тоннелей метрополитенов открытым способом. Он предназначен для комплексной механизированной разработки грунта прочностью до 150 кгс/см (глины, суглинки, супеси, пески), крепления котлована и возведения тоннельной обделки в условиях застроенных городских районов. При создании нового механизированного комплекса в основу положены результаты научных исследований ЦНИИСа.
Комплекс КМО 2×5 изготовлен Московским механическим заводом Главтоннельметростроя. Он состоит из щита, экскаватора ЭО-41-21 с удлиненной стрелой и технологического оборудования для производства работ. Щит представляет собой сварную металлоконструкцию и служит для удержания от обрушения боковых стен забоя. Передвижение щита осуществляется щитовыми гидроцилиндрами, которые отталкиваются от ранее уложенной обделки. Укладка цельносекционной обделки производится краном ККТС-20.
Механический проходческий комплекс КМО 2×5 после опробования в Киевметрострое был передан в 1984 г. В Ташметрострой для сооружения метрополитена в Ташкенте, где использовался на строительстве второй линии Ташкентского метрополитена. Для проходки выбрали участок Ташсельмаш — Чкаловская. Верхний слой забоя представлял собой насыпные грунты толщиной 1-2 м, ниже — галечник. Максимально возможный уровень грунтовых вод не превышал 0,5 м над лотком тоннеля. В следующей пятилетке Метрогипротрансом планируется продолжение испытаний комплекса КМО 2×5 в более широком диапазоне грунтов. Экономия от использования такого комплекса на 1 км составляет до 15,5 тыс. чел.-дней, экономия проката черных металлов 1300-1500 т.
При строительстве метрополитенов во многих городах нашей страны в основном определены направления механизации сооружения перегонных тоннелей. Как правило, применяются механизированные щитовые комплексы. Но вместе с тем до 20% объема разрабатываемого грунта и более приходится на долю различного рода вспомогательных выработок, где механизация разработки забоя затруднена их небольшими размерами и малой протяженностью. Подходные выработки небольшого сечения можно проходить с использованием серийных проходческих комбайнов, нашедших особенно широкое применение в угольной промышленности. Институт ЦНИИподземмаш совместно с машиностроительными заводами Минуглепрома СССР и Минтяжмаша разработал за последние годы значительное число новых образцов проходческой техники, в частности комбайнов.
Опыт применения комбайна 4ПП-2 при проходке подходной выработки и сооружении двух участков перегонного тоннеля в зоне ограничения буровзрывных работ в Москве показал, что проходческие комбайны со стреловидным рабочим органом могут эффективно разрабатывать породы, характерные для геологии этого региона. Являясь комбинированной машиной, оснащенной погрузочным органом, комбайн 4ПП-2 одновременно с отбойкой породы осуществляет выгрузку горной массы из забоя и погрузку ее в вагонетки. Комбайн тяжелого типа предназначен для проведения крупногабаритных выработок сечением до 25 м². Для сечений 13-15 м² более рационально применять комбайн ГПКС.
Семейство горнопроходческих комбайнов ГПКС предназначено для проведения горизонтальных и наклонных выработок по углю и породе. Модели могут выпускаться с коронками или барабанами с резцами. Учитывая технические параметры ГПКС, а также разрешающую способность рабочего органа по крепости разрабатываемых пород, этот комбайн для проведения подходной выработки сечением 14 м² был применен при строительстве станции Полянка. По всему участку подходной выработки, пройденной с помощью ГПКС, среднесуточные скорости проходки составили 3 м, а в отдельные дни 4 м. Такая производительность комбайна обеспечивает среднемесячные темпы проходки до 200 м.
Существенное влияние на снижение скорости оказала необходимость бетонирования лотка штольни, что выполнялось по мере продвижения выработки. Была применена крепь из металлических арок вместо традиционной рамной деревянной крепи (впервые в практике метростроения). Одновременно с подходной выработкой, где применялся комбайн ГПКС и металлическая арочная крепь, велась выработка с деревянной рамной крепью и разработкой породы буровзрывными способами. При этом в первом забое затраты труда на 1 м проходки составили 4 чел.-смены, во втором 8 чел.-смен. При разработке забоя рабочим органом комбайна достигнута высокая точность оконтуривания выработки, что почти полностью исключило необходимость в забутовке закрепного пространства. Годовой экономический эффект от использования ГПКС для проведения подходных выработок по рассматриваемым вариантам равен: 30,2; 40,4 и 54 тыс. руб. (соответственно для металлической арочной, монолитной бетонной и деревянной рамной крепи).
Наиболее целесообразным типом крепи является монолитная бетонная. В этом случае исключается применение временной крепи. Для этой цели запроектирована механизированная переставная опалубка ОМП-1, оборудованная специальным перестановщиком и монорельсом. Конструкция разработана институтом КузНИИшахтстрой. Для подачи смеси за опалубку предлагается бетоноукладочный агрегат БУК-2. Опыт эксплуатации показал высокую степень надежности этой машины. Механическое и электрическое оборудование работало исправно. После завершения проходки 114 м подходной выработки комбайн находился в работоспособном состоянии.
Применение комбайна ГПКС обеспечило снижение трудоемкости за счет отказа от буровзрывных работ. Удалось совместить во времени процессы отбойки породы и погрузки горной массы.
В результате представилось возможным сохранить численный состав проходческой бригады. В выработке, где применялись буро-взрывные работы, сменное звено проходчиков состояло из 8 человек, а в комбайновом забое — из 4-5 человек. Функции проходчика в основном были сведены к функциям оператора-машиниста комбайна. Принятая в комбайновом забое система всасывающей вентиляции позволила исключить распространение по выработке пыли, образующейся при работе комбайна.
Учитывая опыт применения комбайна 4ПП-2 при проведении подходной выработки и участка перегонных тоннелей на строительстве станции Серпуховская и комбайна ГПКС при проведении подходной выработки на станции Полянка, можно считать, что этап опытно-промышленного внедрения комбайнов со стреловидным рабочим органом в практику метростроения успешно завершен. Таким образом, научные и технические достижения в горнодобывающих отраслях промышленности позволили механизировать разработку забоя в коротких выработках без больших дополнительных затрат.
Для решения этой же задачи существует другой путь — создание комбинированного исполнительного органа у укладчика, который механизирует разрушение грунта и монтирует сборную обделку непосредственно у забоя. Экспериментальный образец был разработан и изготовлен в 1984 г. В ЦНИИСе. Образец состоит из рычага для установки тюбингов и расположенного на его противовесной части телескопического стрелового манипулятора с режущим органом, выполненным в виде резцовой коронки, соосной стреле и оборудованной гидроприводом. Исполнительный орган монтировался на вал укладчика, привод которого был соответственно скорректирован. После испытаний режущего исполнительного органа его смонтировали на укладчике, который опробовали на проходке тоннеля. За базовую технологию приняли типовой проект производства работ. Укладчик с режущим органом испытывался на сооружении выработки диаметром 5,6 м, предназначенной для монтажа комплекса KT1-5,6. Работы вел участок № 3 тоннельного отряда Ленметростроя. Укладчик полностью смонтировали в штольне трапециевидного сечения шириной 4 м у основания и высотой 3,6 м, закрепленной неполным дверным окладом. Укладчик работал с комплексом, включающим погрузочную машину ППН-lc и установку для первичного нагнетания.
По результатам наблюдений произведена общая оценка работоспособности укладчика и отдельных его узлов. Стреловой манипулятор с режущим рабочим органом производил все необходимые операции. Он давал возможность применять съемные рабочие органы и делать различные технологические врубы, отгружать грунт от забоя, переносить элементы временного крепления. При испытаниях была установлена минимально необходимая длина телескопической стрелы, равная 1300 мм. Фрезерный орган с гидроприводом эффективно разрушал грунты. Применение в приводе резцовой коронки высокомонолитного гидромотора МР-1,6 позволило создать компактный исполнительный орган, достигнуть удовлетворительных динамических характеристик и исследовать режимные параметры привода коронки в широком диапазоне. Маркшейдерскими измерениями не установлено каких-либо нарушений геометрии обделки. Проведенные испытания можно рассматривать как первый шаг на пути создания принципиально новой, перспективной для метростроения комбинированной машины. В настоящее время Ленметростроем принято решение о доработке конструкции и подготовке к выпуску промышленного образца этой машины.
Опыт применения монолитно-прессованного бетона в метростроении показывает, что монолитные обделки в перегонных тоннелях более целесообразны и экономически эффективны по сравнению со сборными. Однако для возведения обделки из пресс-бетона используются громоздкие и дорогостоящие комплексы, что удорожает производство работ и снижает эффективность технологии. Нужна новая технология. Стоит задача на базе комбайнов со стреловидными породоразрушающими рабочими органами создать проходческие комплексы для сооружения перегонных и станционных тоннелей метрополитенов. Горнопроходческая практика шахтного строительства доказывает возможность успешного решения этой задачи. Разработка забоя полностью механизируется проходческими комбайнами со стреловидным рабочим органом. Возведение крепи из монолитного бетона осуществляется в инвентарных переставных опалубках, а подача бетонной смеси за опалубку осуществляется пневмобетоноукладочными машинами.
Стреловидный рабочий орган агрегата комбайна 4ПП-2 оснащен удлиняющейся вставкой, которая позволяет разработать породу на полное сечение тоннеля. В основу горнотехнического решения положена цикличная организация работ, при которой обделка из монолитного бетона возводится отдельными секциями по мере разработки забоя на полный профиль с шагом продвижения на метр. Внедрение комбайна 4ПП-2 показало возможность разработки забоя перегонного тоннеля диаметром 5,6 м. В комплекс, кроме комбайна, входят ранее уже упоминавшиеся опалубка ОМП-2 и бетоноукладочная установка БУК-2. Может быть принят вариант комбинированной конструкции с использованием в лотковой части железобетонной плиты. Такая технология по сравнению с традиционной при щитовом или горном способах сооружения перегонных тоннелей со сборной обделкой отличается меньшим числом рабочих процессов и небольшим количеством механизмов.
В настоящее время серийно выпускаются 8 типов проходческих комбайнов. В их числе ПК-Зр, ИПУ, ГПКС, 4ПП-2 и комбайновый комплекс КН-5 «Кузбасс». ГПКС является базовой машиной семейства комбайнов. Отныне и экспериментальные образцы конструкций тяжелого типа ГПК-2, 4ПП-5, 4ПП-2м, 4ПП-2щ и советско-английский комбайн ПК-200 находятся на разных стадиях шахтных испытаний и должны быть подготовлены для серийного выпуска в ближайшее время. Новые комбайны ГПК-2, 4ПП-5 (и особенно ПК-200) позволяют сооружать тоннели поперечного сечения до 35 м2 и разрабатывать горные породы крепостью до f = 7- 8 по шкале профессора М. М. Протодьяконова.
Зарубежная практика тоннелестроения дает ряд примеров успешного использования комбайнов со стреловидным рабочим органом при сооружении тоннелей больших габаритов. Применяемая и особенно вновь создаваемая для механизации горнопроходческих работ в угольной промышленности горнопроходческая техника может и должна найти применение при сооружении перегонных и станционных тоннелей, а также подходных выработок в метростроении. То же самое можно сказать и о буровой технике.
Современная техника шпурового бурения при проходке горных выработок развивается в направлении создания специальных установок, оснащенных манипуляторами, на которых размещены бурильные машины. Мощные бурильные установки вращательного и ударно-вращательного действия позволяют ускорить и облегчить одну из наиболее трудоемких операций на проходческих работах — бурение шпуров. Для угольной промышленности в настоящее время серийно выпускаются электрические бурильные установки БУЭ-1м, БУА-Зс, БКГ-2 и пневматические БУ-1, БУР-2 и СБУ-2м. Экспериментальный образец бурильной установки УБГ-1 (базовой модели ряда унифицированных бурильных установок) изготовлен Скуратовским экспериментальным заводом института ЦНИИподземмаш. Установки УБГ смогут работать по заложенной в них программе, вмешательство бурильщика потребуется только в случаях каких-либо отклонений от нее. Перечисленные выше установки тоже могут найти достаточно широкое применение в практике строительства метрополитенов.
Скорость строительства наклонных и коротких горизонтальных тоннелей и производительность труда при их проходке значительно ниже, чем при сооружении транспортных тоннелей большой протяженности из-за нехватки средств механизации, в первую очередь для погрузки породы. На погрузку породы приходится 40-49% трудовых затрат. По данным ВНИИОМШСа по сравнению с ручной погрузкой породы, занимающей 50% времени, механизация снижает удельные трудовые затраты на 17-35% в зависимости от типа погрузочной машины. Зарубежный опыт применения погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша показал, что они обладают преимуществами в эксплуатации, обеспечивая, помимо погрузки, механизацию доставки материалов в призабойную зону, оборку боков, кровли и забоя, подъем и удержание верхняков крепи, окучивание породного навала и т. д. В 1982 г. Копейским машиностроительным заводом и институтом ЦНИИподземмаш созданы опытные образцы погрузочной машины с боковой разгрузкой ковша (МПК-3), которые успешно прошли промышленные испытания на шахтах Донбасса. Машина оснащена ковшами емкостью 0,6 м³, ее производительность — 2,4 м³/мин.
За рубежом при комбайновой проходке горизонтальных и наклонных выработок получила широкое распространение скреперная погрузка породы. Во Франции на шахтах бассейна Нор и Паде-Кале с использованием скреперных погрузчиков за 25 рабочих дней было пройдено 403 м наклонного тоннеля сечением 9,5 м². Скорость движения скрепера с грузом составляла 4,65 м/с, а при холостом ходе 2,1 м/с. Породу грузили на ленточный конвейер.
Завершая разговор о новой технике в метростроении, необходимо сказать о ряде «пробелов», существующих здесь. Сегодня мы располагаем механизированными щитами и комплексами, обеспечивающими проходку в песках естественной влажности, глинах, смешанных породах и породах с fкр = 4/5. Однако отсутствуют машины для проходки в неустойчивых обводненных грунтах, в разнородных породах и в породах с fкр> 6. За рубежом имеется ряд положительных примеров решений этих задач.
При проходке твердых скальных пород с fкр> 6 возможны два направления. Первое: необходимо полнее использовать имеющуюся технику, сосредоточить усилия на поисках организационных форм ее использования, обеспечивающих наиболее благоприятные условия эксплуатации. Необходимо полностью исключить ручной труд в забое. На основании уже существующей техники был создан комплекс АБТ-5,5 для проходки в первую очередь перегонных тоннелей метрополитенов. Он включает в себя откатывающийся по рельсам рычажный укладчик, установленный на платформе, самоходную серийно выпускаемую промышленностью буровую каретку БУР-2 с двумя перфораторами, тележку для нагнетания и дополнительную платформу со стрелочным переводом. Этот комплекс применялся при строительстве метрополитена в Ереване, Свердловске, Днепропетровске. К сожалению, пока нельзя говорить об АБТ-5,5 как о совершенном агрегате, готовом к широкому внедрению. Со стороны строителей он вызывает ряд справедливых нареканий в силу низкой скорости проходки по сравнению с той, которую от него ожидали, дороговизны и других чисто технических недостатков.
Второе направление: создание отечественного комбайна (щита) с роторным исполнительным рабочим органом, тем более что существует ряд удачных зарубежных аналогов — щиты фирм «Роббинс», «Маннесманн Демаг» и др.
В слабых водонасыщенных грунтах приходится сочетать щитовую проходку со специальными способами. Последнее ведет к удлинению сроков строительства и повышает его стоимость. Практически с момента возникновения щитового способа начались попытки создания агрегата, способного вести проходку в водонасыщенных грунтах. В 1950-1960 гг. В СССР были разработаны конструкции гидромеханизированных щитов, в 1960-1970 гг. создан ряд щитов с роторными органами и режущими решетками. В дальнейшем, очевидно, перспективными окажутся «бетонитовые» щиты, которые уже выпускаются фирмами Японии и ФРГ, щиты с гидропрогрузом, щиты с прессованием грунта в лобовой камере. Эти щиты расширяют диапазон их действия в породах различной прочности и водонасыщенности.
Ни в одной другой отрасли строительства комплексная механизация технологических процессов не требует создания столь разнообразных по конструктивному решению машин и механизмов для самых различных геологических условий сооружения тоннелей. Но при всем разнообразии тоннелестроительной техники можно выделить следующие наиболее общие и важные направления путей ее развития: расширение номенклатуры выпускаемых машин, ускорение темпов сменяемости моделей, усложнение конструкций, повышение уровня автоматизации, улучшение качества, повышение надежности и долговечности, улучшение технических характеристик, переход от отдельных машин к системе машин. В СССР тоннелепроходческое оборудование создается рядом организаций, причем требования к нему самые разные. Очевидно, необходимо выполнить унификацию и классификацию типоразмеров всех подземных сооружений, включая транспортные, и разработать типовые ряды машин и их узлов.
Современный научно-технический уровень советского метростроения характеризуется рядом эффективных инженерных разработок, получивших широкое внедрение в практику. Осуществляемое в настоящее время строительство метрополитенов в 14 городах страны — наглядное проявление заботы Коммунистической партии о дальнейшем росте благосостояния советских людей. Успешная реализация программы перспективного строительства метрополитенов на 1990-2000 гг. требует наряду с совершенствованием существующих методов научной разработки принципиально новых направлений, обеспечивающих качественные сдвиги в отрасли. Необходимо полностью механизировать и автоматизировать подземные работы, резко увеличить производительность труда, чтобы с минимальными затратами достигнуть высоких технико-экономических показателей строительства.
