Как микротоннельная машина сравнивается с традиционными методами прокладки тоннелей?

Что такое машина для микротоннелирования и как она работает?

Машины для микротоннелирования, или МТМ, как их часто называют, представляют собой дистанционно управляемые системы, специально созданные для прокладки подземных труб без рытья траншей. Эти машины проходят сквозь грунт, одновременно продавливая на место сборные трубы с помощью мощных гидравлических домкратов. Вся операция начинается с так называемой стартовой шахты. Оттуда режущая головка МТМ внедряется в землю при помощи специальной шламовой системы, которая поддерживает устойчивость тоннеля и выносит всю землю и породу на поверхность. Операторы этих машин могут управлять ими в реальном времени благодаря лазерным навигационным системам, что позволяет точно следовать изначальному плану. С учётом того, насколько меньше нарушений происходит на поверхности, исследования показывают снижение воздействия примерно на 75 процентов по сравнению с традиционными методами траншейной прокладки, согласно последним отраслевым отчётам.

Основные компоненты: система наведения, опорная рама домкрата и режущая головка

Три компонента определяют эффективность ГНБ:

• Система наведения : Использует лазеры и гироскопические датчики для отслеживания отклонений размером до 5 мм, что позволяет вносить корректировки курса без прерывания операций.
• Рамка для вдавливания : Создает усилие до 1200 тонн для проталкивания труб через вырытые тоннели, сохраняя при этом целостность конструкции.
• Главная резка : Спроектирован с заменяемыми дисковыми резцами и шламовыми патрубками для работы с различными типами грунта — от мягкой глины до скальных пород.

Дистанционное управление и контроль в реальном времени для точного выполнения работ

Современные тоннелепроходческие щитовые комплексы оснащаются датчиками, подключенными к интернету, и интеллектуальным программным обеспечением, которое отслеживает такие параметры, как давление грунта, величина крутящего момента, а также соблюдение правильного выравнивания. Когда операторы получают эти данные в режиме реального времени на своих экранах, они могут почти мгновенно при необходимости скорректировать параметры — например, замедлить работу режущей головки, изменить консистенцию раствора или отрегулировать усилие продавливания машины. Система фактически создает цикл обратной связи, в котором ошибки возникают реже, а дорогостоящие проблемы с выравниванием устраняются до того, как перерастут в аварию. Это особенно важно при строительстве под дорогами или вблизи зданий, где даже небольшие погрешности впоследствии могут вызвать серьезные осложнения.

Интеграция с методом прокола при бестраншейном строительстве

Когда микротоннельные установки работают в сочетании с системами продавливания труб, они могут прокладывать подземные коммуникации без масштабных земляных работ. Машина продвигается вперёд сквозь грунт, в то время как гидравлические домкраты проталкивают тяжёлые бетонные или стальные трубы непосредственно вслед за ней, по мере того как она разрезает почву и породу. Эффективность этого метода заключается в том, что нет необходимости дополнительно привлекать рабочих для отдельного монтажа трубопровода. Подрядчики отмечают, что проекты завершаются быстрее при использовании этой комбинированной технологии, особенно в городах, где пространство ограничено, а необходимо минимизировать нарушения движения транспорта. Затраты на рабочую силу обычно снижаются на треть или даже наполовину по сравнению с традиционными методами, что объясняет растущий интерес муниципалитетов к этим передовым тоннельным решениям.

Точность и аккуратность: микротоннелирование против традиционной выемки грунта

Навигация по лазеру и корректировка в реальном времени при микротоннелировании

Микротоннельные установки могут достигать точности на уровне долей дюйма благодаря лазерным навигационным системам, которые постоянно корректируют положение режущей головки. Эти системы обрабатывают более пятидесяти показателей данных каждую секунду, чтобы поддерживать отклонение от курса в пределах примерно трёх десятых градуса. Согласно некоторым исследовательским данным от ISTT, такая конфигурация обычно обеспечивает точность около 98 процентов на участках протяжённостью более тысячи футов. Особую ценность это приобретает благодаря тому, что операторы могут сразу же выявлять и устранять проблемы, пока машина продолжает бурение, не останавливая весь процесс. Это особенно важно, когда рядом проходят подземные трубы и кабели, которые мы не хотим повредить.

Ошибки выравнивания в традиционных методах тоннелирования с высокой степенью ручного труда

Традиционная разработка котлованов по-прежнему зависит от ручных измерений, которые обновляются примерно каждый час, что со временем может привести к проблемам с выравниванием. Речь идет примерно о трех дюймах отклонения от траектории на каждые 500 футов копания. Исследование 2023 года, охватившее около 120 строительных площадок, показало, что почти в трети случаев рабочим приходилось выполнять дополнительные корректировки бурения. Каждый такой случай увеличивал расходы проекта на 18 000 долларов. В глубоких траншеях, где видимость практически отсутствует, бригады вынуждены большую часть времени полагаться на устаревшие данные о положении, что ещё больше усугубляет проблему точности по мере продолжения земляных работ.

Пример из практики: Укладка трубопровода в центре Сиэтла с использованием микротоннельной установки

При монтаже ливневой трубы длиной 1200 футов под исторической частью района Pioneer Square рабочие использовали 48-дюймовую микротоннельную установку, чтобы поддерживать вертикальное отклонение не более чем на 0,2 дюйма. Особенно впечатляет то, насколько близко они прошли к существующим коммуникациям. Лазерная навигационная система обеспечивала движение в пределах 12 дюймов от действующих газопроводов на протяжении всей операции. Довольно удивительно, учитывая, что во время строительства не было ни одного перебоя в обслуживании. И если этого было недостаточно, весь процесс прокладки завершился на целых 11 дней раньше по сравнению с традиционными методами, согласно оценкам отраслевых экспертов из ISTT в 2022 году.

Эффективность проекта: сравнение по времени и эксплуатационным показателям

Более быстрая подготовка и непрерывное бурение с использованием микротоннельных машин

Подготовка микротоннельных установок к работе занимает около 3–5 дней, что намного быстрее, чем обычные 2–3 недели, необходимые для настройки традиционного тоннельного оборудования. Меньший размер этих машин означает меньшую подготовку площадки перед началом работ, и они продолжают движение непрерывно, не требуя участия рабочих для ручного удаления грунта и обломков породы. Всё это в совокупности обеспечивает постоянный прогресс под землёй. Операторы могут уверенно продвигаться вперёд даже при работе со сложными грунтами, имеющими показатели прочности на сжатие около 30 МПа. Нет необходимости останавливаться каждые несколько часов, чтобы очистить проход, поэтому проекты завершаются быстрее и с меньшим количеством трудностей.

Влияние погодных условий и нарушений на поверхности на сроки традиционного тоннелирования

Согласно некоторым исследованиям, проведённым в 2022 году, при использовании открытых методов прокладки тоннелей ежегодно теряется от 18 до 22 рабочих дней из-за погодных условий, таких как дождь, резкие похолодания и затопления на поверхности. Что касается городских проектов, то здесь возникает ещё больше трудностей. Подрядчикам приходится перенаправлять потоки транспорта, ремонтировать повреждённые дороги и обеспечивать безопасное передвижение людей вокруг крупных строительных площадок. Хорошая новость заключается в том, что микротоннелирование позволяет избежать всех этих проблем, поскольку оно осуществляется под землёй, где поверхностные условия не имеют значения. Это обеспечивает более чёткое соблюдение графика реализации проектов в городских районах, где каждый день имеет значение.

Аналитические данные: на 40% быстрее завершение проектов (Источник: ISTT, 2022)

Международное общество по бестраншейной технологии отслеживало 127 проектов прокладки трубопроводов в период с 2019 по 2021 год и выявило, что микротоннелирование обеспечивает среднее время завершения работ 18,7 недель против 31,1 недель при традиционных методах. Ведущие строительные консалтинговые компании объясняют эту эффективность роботизированной точностью, исключающей переделку — которая составляет 12% сроков традиционных проектов — а также круглосуточной рабочей способностью в ограниченных пространствах.

Анализ затрат и долгосрочные экономические выгоды микротоннелирования

Более высокие первоначальные инвестиции в оборудование для микротоннелирования

Традиционные земляные работы обычно требуют тяжелой техники, которая может обойтись компаниям в сумму от полумиллиона до одного миллиона долларов. Микротоннелирование подходит к делу совершенно иначе, используя такие элементы, как гидравлические домкраты и современные лазерные навигационные системы. Согласно отраслевым данным ISTT за 2022 год, первоначальные затраты на организацию микротоннелирования обычно составляют от двух до четырех миллионов долларов. Но здесь появляется интересный момент для планировщиков, следящих за бюджетом. Значительные расходы в самом начале окупаются в дальнейшем при рассмотрении текущих издержек. Затраты на рабочую силу значительно снижаются, поскольку нет необходимости в постоянном контроле. Также не требуется столь масштабная восстановительная работа после завершения проекта. И, конечно, не стоит забывать обо всех средствах, сэкономленных на управлении неудобствами для дорожного движения во время строительства. Если рассматривать общую картину на протяжении всего жизненного цикла проекта, эти машины в конечном итоге оказываются более экономически выгодными, несмотря на более высокую начальную стоимость.

Экономия за счет сокращения затрат на рабочую силу, восстановление и управление движением

Микротоннельные установки снижают потребность в ручном труде на 60–70% за счет автоматизации укладки труб и удаления грунта. Исследование исследование 2023 года показало, что сокращение повреждений поверхности позволяет сэкономить 200–400 долларов США на погонный метр при восстановлении. Города также экономят от 1,2 до 4,5 тысяч долларов США ежедневно, избегая перекрытия дорог и организации объездных маршрутов.

Пример расчета общей стоимости: канализационный трубопровод в Торонто

Строительство 4,2-километрового канализационного трубопровода в Торонто с использованием микротоннельной установки позволило сократить общие расходы на 22% по сравнению с традиционной выемкой грунта. Ключевыми факторами стали отсутствие аварийных повреждений коммуникаций — что позволило сэкономить 740 тыс. долларов на ремонте — и сокращение сроков выполнения работ на 18%. Проект был реализован с точностью выравнивания 99,8%, что исключило дорогостоящие переделки, характерные для ручных методов.

Влияние на окружающую среду и преимущества микротоннелирования в плане безопасности

Снижение нарушений поверхности и сохранение городского ландшафта

При использовании микротоннельных установок они, по сути, работают под поверхностью, поэтому на поверхности возникает минимальное беспокойство. Требуются лишь небольшие отверстия с обоих концов для доступа. Города особенно ценят этот метод, поскольку их улицы остаются нетронутыми, природные среды обитания не нарушаются, и никому не нужно тратить огромные суммы на восстановление повреждённых дорог или парков в дальнейшем. Взгляните, что произошло в прошлом году, когда инженеры прокладывали трубы под охраняемой законом зоной болотистой местности. Выяснилось, что их земляные работы вызвали лишь одну пятую часть разрушений по сравнению с традиционными методами, при которых повсюду роются глубокие траншеи. Кроме того, эти машины работают в герметичной системе, которая предотвращает попадание грязи и мусора в окружающие почвы, что делает их особенно подходящими для участков, где необходимо охранять природу. Хотя данная технология не идеальна во всех ситуациях, большинство экологических организаций довольно довольны тем, насколько чистой она остаётся во время строительных проектов.

Снижение выбросов углерода и воздействия на окружающую среду от техники

Согласно исследованию ISTT 2022 года, микротоннелирование производит примерно на 35 процентов меньше выбросов углерода по сравнению с открытым способом прокладки. Традиционные методы рытья требуют множества крупной техники и постоянной перевозки материалов, тогда как микротоннелирование работает гораздо точнее, что позволяет минимизировать излишнее вскрытие грунта и в целом сокращает объёмы отходов. Исследования прошлого года также продемонстрировали впечатляющие результаты при применении в плотной городской застройке. Замена старых дизельных экскаваторов на современное электрическое оборудование для микротоннелирования может сократить загрязнение частицами почти на 90% в стеснённых городских условиях, где качество воздуха имеет наибольшее значение.

Повышенная безопасность работников и соответствие требованиям OSHA в бестраншейных проектах

Удалённая работа устраняет необходимость присутствия людей в опасных подземных зонах. Из контрольных помещений на поверхности рабочие управляют этими миниатюрными проходческими машинами, оставаясь в безопасности от таких угроз, как внезапные обвалы, выбросы токсичных газов или попадание между тяжёлыми деталями оборудования. Согласно некоторым отчётам OSHA, которые мы видели в последнее время, количество травм, связанных с рытьём траншей, сократилось примерно вдвое с тех пор, как компании перешли на эти безраскопные методы — примерно с 2021 года. И не стоит забывать о современных устройствах мониторинга, которые следят за всем в режиме реального времени. Они фиксируют признаки неустойчивого грунта или отклонения от курса задолго до того, как кто-либо окажется в серьёзной опасности. Действительно впечатляюще, если учесть все потенциальные риски под землёй.

Часто задаваемые вопросы

Каково основное преимущество использования микротоннельных установок?

Машины для микротоннелирования обеспечивают точную прокладку труб с минимальным нарушением поверхности благодаря передовым лазерным системам наведения и гидравлическим домкратам, что позволяет быстрее завершать проекты и снижает затраты на рабочую силу.

Как машины для микротоннелирования обеспечивают безопасность во время эксплуатации?

Операторы управляют машинами для микротоннелирования дистанционно, что исключает необходимость присутствия рабочих в опасных подземных условиях. Кроме того, системы мониторинга предоставляют данные в реальном времени для предотвращения потенциальных рисков.

Почему муниципалитеты могут выбирать микротоннелирование вместо традиционных методов выемки грунта?

Муниципалитеты отдают предпочтение микротоннелированию из-за его экономической эффективности, точности и минимального воздействия на городскую инфраструктуру, что обеспечивает более плавное движение транспорта и меньшее воздействие на окружающую среду во время строительства.

Какие первоначальные инвестиции требуются для микротоннелирования?

Микротоннелирование требует первоначальных инвестиций в размере от двух до четырех миллионов долларов на оборудование, такое как гидравлические домкраты, лазерные навигационные системы и режущие головки, но обеспечивает долгосрочную экономию.