Значительное событие в мире бестраншейных технологий произошло в Канаде. Под всемирно известным Ниагарским водопадом был прорыт гигантский тоннель длиной 10,2км. и диаметром 14 метров. Источник отмечает, что тоннель под Ниагарским водопадом в полтора раза шире, чем тоннель под Ла-Маншем, соединяющий Великобританию с материковой Европой (8,6 м).
Бурение было начато в 2006 году в рамках крупнейшего в мире проекта по созданию источника возобновляемой энергии. Работы велись на глубине около 40 метров. Крупнейшая в мире буровая машина по прокладке тоннелей в твердом грунте и скальных породах Большая Бекки
произвела около 1,6 млн кубических метров отработанного материала. Сама машина весит около 4 тыс. тонн.
Компания Ontario Power Generation
присудила контракт австрийскому подрядчику Strabag AG
, который выбрал для проходки тоннеля ТБМ открытого типа Компании Роббинс. Диаметр машины 14,4 м. С помощью защитового комплекса длиной 105 м и ленточного конвейера за три года было выдано из тоннеля 1,7 миллиона кубических метров породы [1].
Трасса тоннеля проходит преимущественно в квинстонских сланцах с включениями участков, представленных известняками, доломитами, песчаниками и алевролитами прочностью на одноосное сжатие до 200 МПа. Известно, что породы, вмещающие тоннель, имеют большое внутреннее напряжение и склонны к пучению. Первичной крепью тоннеля служила стальная сетка, стальные арки, анкера и набрызг-бетон, которые устанавливались по мере продвижения машины. Далее за машиной возводилась монолитная бетонная обделка. Она будет включать гидроизоляционную мембрану, предотвращающую попадание воды из тоннеля в заобделочное пространство и последующее пучение.
Тонельная бурильная машина с главной балкой, или, по-другому, открытая ТБМ, самая большая в мире скальная ТБМ, была смонтирована на стройплощадке без контрольной сборки на заводе. Это заняло меньше 12 месяцев, опережая плотный график поставки. Монтаж такой большой машины без контрольной сборки на заводе и испытаний перед отгрузкой считается беспрецедентным случаем. ТБМ начала бурение в сентябре 2006 года.
Рисунок 1 – Установка TBM фирмы Robbins с ласковым названием Big Becky
[2]
Эта машина стала также первой, где применялись 20-дюймовые шарошки с задней загрузкой. Такие шарошки имеют увеличенный срок службы, их применение позволяет сократить количество замен шарошек на режущей головке. На режущую головку машины могут устанавливаться как 19-ти, так и 20-дюймовые шарошки. Машина имеет усилие главной подачи 18462 кН и максимальный момент вращения режущей головки 18670000 Нм(1903.8Tс*м) [1]. Туннель выходит чуть выше знаменитого водопада. Предназначено сооружение для отвода воды из реки и подачи её на турбины электростанции Sir Adam Beck. Работы велись на глубине около 40–100 метров. Всего в строительстве тоннеля принимало участие более 500 человек [2]
Проходка тоннеля, трудности и мировые рекорды
Пробурив 793 м тоннеля, ТБМ вошла в квинстонские сланцы, где большие блоки породы начали вываливаться из свода тоннеля до установки временной крепи. В некоторых случаях отмечались обрушения кровли тоннеля над режущей головкой на высоту до 3 м.
В конце концов Strabag справился с трудными геологическими условиями, разработав уникальную опережающую крепь из труб длиной 9 м. Трубы устанавливались в своде тоннеля, образуя своеобразный зонт
. С помощью такой новой технологии удалось уменьшить переборы в кровле тоннеля до примерно 0,9 м. Применяя этот метод, удалось пройти трудный участок длиной примерно 500 м со средней скоростью 3 метра в день.
Согласно новому паспорту временной крепи, устанавливаются анкерная крепь с анкерами длиной от 3 до 4 м, самонарезающиеся анкеры (IBO), стальная затяжка, стальная проволока и набрызг-бетон со стальной фиброй. Обычно бригада проходит половину заходки, затем обирает кровлю и устанавливает анкера. По выполнению полной заходки в 1,8 м, производится окончательная оборка кровли, устанавливается остаток анкерных болтов, стальная сетка, стальная затяжка и наносится набрызг-бетон.
OPG и подрядчик также изменили вертикальный профиль тоннеля, подняв его на 46 м, чтобы уйти из квинстонских сланцев. После 1981 м такой проходки, породный массив стал достаточно устойчивым и от дальнейшего применения опережающей крепи отказались.
Преодолев этот сложный участок, машина достигла мирового рекорда месячной проходки для ТБМ диаметром 11 и более метров. В июле 2009 года ТБМ пробурила 468 метров тоннеля и продвинулась за неделю на 153 метра, преодолев значительные сложности, вызванные неблагоприятной геологией.
День 13 мая 2011 года стал днём окончания проходки. На хорошо организованной церемонии праздновали финальную сбойку открытой ТБМ Роббинс диаметром 14,4 м. 1 марта 2011 машина начала свой путь, зайдя в 300-метровый портальный участок тоннеля, предварительно пройденный в набрызг-бетонной крепи.
Хотя проходческие работы были завершены, оставалось два года работы над проектом. Приблизительно 30% окончательной обделки было выполнено в течение проходки, а две трети работы ещё оставалось сделать. Тоннель с диаметром в свету 12,8 м будет имеет по всей длине обделку из монолитного бетона толщиной 600 мм, покрытого для предотвращения утечек полиолефиновой мембраной [1].
Затраты на прокладку тоннеля оказались в два раза выше предполагаемых, но несмотря на это власти остались довольны результатом. Д.Макгинти отметил, что дороговизна проекта в данном случае не имеет особого значения, поскольку тоннель рассчитан на 100 лет работы и обеспечит электроэнергией 160 тыс. домов [2] Ежесекундно ГЭС благодаря туннелю будет получать на 500 кубических метров воды больше, чем ранее.
Ссылки на источники
1.Ниагарский тоннель. – [Электронный ресурс]. Режим доступа: therobbinscompany.com
2.Как подкопали
Ниагарский тоннель. – [Электронный ресурс]. Режим доступа: трубопровод.рф
3.Ниагарский водопад – гидротехнические сооружения. – [Электронный ресурс]. Режим доступа: movetocanada.ru
4.Новый тоннель под Ниагарским водопадом. – [Электронный ресурс]. Режим доступа: rustunnel.ru