Введение к работе
Актуальность работы. Строительство метрополитена в крупных городах любой страны мира всегда было и сейчас остается весьма актуальной задачей для улучшения городской инфраструктуры транспорта. В комплексе подземных выработок метрополитена наиболее сложными с точки зрения технологии строительства являются наклонные выработки (эскалаторные тоннели).
Строительство эскалаторных тоннелей до недавнего времени было весьма трудоемким процессом, так как еще до начала проходки требовалось, как правило, применять специальные способы подготовки породного массива. Чаще всего в качестве специальных способов применяют искусственное замораживание грунтов, которое длится примерно 5-6 месяцев. Кроме того, осложняло процесс строительства и то, что в выработках с углом наклона 30 град достаточно трудно механизировать основные и вспомогательные операции проходческого цикла. В результате этого скорость проходки таких тоннелей не превышает 5-7 м/мес, а стоимость их строительства остается высокой.
Применение тоннелепроходческого комплекса (ТПК) при строительстве эскалаторных тоннелей станции московского метрополитена «Марьина роща» в 2010 и 2011 гг. позволило отказаться от специальных способов проходки и практически полностью механизировать все трудоемкие процессы, связанные с разработкой породы в забое и выдачей ее на поверхность, а также с возведением крепи. Таким образом, значительно сократились трудоемкость и сроки строительства эскалаторных тоннелей.
Анализ результатов работы тоннелепроходческого комплекса при проходке наклонных выработок на станции метро «Марьина роща» показал, что имеются значительные резервы повышения производительности работ при строительстве таких тоннелей, в первую очередь за счет улучшения показателей надежности ТПК.
При эксплуатации сложных горно-проходческих комплексов важной проблемой является установление показателей надежности и их ранжирование. Использование информации о надежности машины позволяет более эффективно организовать ее эксплуатацию и, что не менее важно, точнее прогнозировать сроки строительства туннеля. Надежность ТПК при строительстве как эскалаторных, так и горизонтальных тоннелей ранее не исследовалась. Опыт исследования надежности горных машин, в т.ч. машин для проведения выработок, непосредственно использовать нельзя вследствие специфики конструкции и режима эксплуатации ТПК.
Как показал опыт применения ТПК при строительстве эскалаторных тоннелей, для повышения эффективности их эксплуатации в первую очередь необходимо обосновать показатели надежности, что является актуальной научной задачей.
Целью работы является повышение эффективности и прогнозирования сроков строительств эскалаторных тоннелей за счет использования обоснованных показателей надежности тоннелепроходческих комплексов.
Идея работы заключается в обоснование статистически устойчивых показателей надежности, отнесенных к проходческому циклу.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- использование для анализа и повышения надежности ТПК предложенного показателя «коэффициент удельного времени восстановления за проходческий цикл», характеризующего долю времени восстановления от общего времени продолжительности работ и восстановления за проходческий цикл ТПК, и отнесенных к проходческому циклу средней наработки на отказ, среднего времени восстановления, параметра потока отказов, коэффициента готовности;
- модель надежности ТПК и установленная зависимость вероятности отказа от величины наработки;
-установленный закон распределения времени восстановления и полученные зависимости вероятности восстановления от ее продолжительности.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием математического анализа, теорий вероятностей, математической статистики и надежности, а также результатами установления показателей надежности, полученных с доверительной вероятностью 0.9 и погрешностью не более 10%.
Научное значение работы заключается в разработке математической модели надежности ТПК для строительства эскалаторных тоннелей, позволяющей установить зависимость вероятности отказа от величины наработки, в обосновании и установлении показателей надежности с учетом специфики его эксплуатации, что является дальнейшим развитием теории надежности горных машин.
Практическое значение работы состоит в разработке методики установления и анализа показателей надежности тоннелепроходческих комплексов, позволяющей повысить надежность и эффективность эксплуатации ТПК.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Разработанная методика «Установления и анализа показателей надежности тоннелепроходческих комплексов» принята в ОАО «МОСМЕТРОСТРОЙ» для использования при эксплуатации ТПК.
Научная новизна и личный вклад автора диссертационной работы состоит в следующем:
- обоснованы показатели для анализа надежности, отличающиеся тем, что отнесены к проходческому циклу работы ТПК.
-установлены зависимости вероятности восстановления от ее продолжительности и закон распределения времени восстановления
- установлена зависимость вероятности отказа от величины наработки,
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили одобрение:
- на научных симпозиумах: «Неделя горняка-2011», «Неделя горняка-2012» «Неделя горняка-2013» (г. Москва, МГГУ);
- на международной научной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (г. Тула, ТулГУ, 2012 г);
- на 17-ой международной экологической конференции студентов и молодых ученых « Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» (г. Москва, МГГУ, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 работы в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, утвержденных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка использованных источников информации из 93 наименований и включает 46 рисунков и 20 таблиц.
