Щитовой способ

При строительстве тоннелей щитовым способом основные гор­нопроходческие операции и возведение обделки производят под прикрытием подвижной временной крепи — щита. При этом до­стигается быстрое закрепление выработки постоянной обделкой, осуществляется комплексная механизация всех технологических процессов, обеспечивается безопасность ведения работ, повыша­ются темпы проходки.

Существуют различные виды щитов, отличающиеся формой и размерами поперечного сечения, способом разработки грунта и крепления лба забоя, несущей способностью, конструктивными особенностями и пр.

Для проходки автодорожных тоннелей применяют щиты кру­гового поперечного сечения диаметром 10... 14 м. Различают щиты немеханизированные, в которых грунт разрабатывают вру­чную, и механизированные, оснащенные рабочим органом

для разработки и удаления грунта. В последние годы на базе меха­низированных созданы автоматизированные щиты, управ­ляемые бортовыми компьютерами.

Проходческий щит кругового очертания состоит из ножевого кольца, подрезающего грунт по контуру выработки и предохра­няющего работающих в забое, опорного кольца, воспринима­ющего внешние нагрузки и несущего щитовые домкраты, и хво­стовой оболочки, в пределах которой монтируют тоннельную об­делку (рис. 31.7).

В щитах для проходки автодорожных тоннелей ножевое кольцо шириной порядка 1,5 м и опорное кольцо шириной около 2Ь (где Ь — ширина кольца обделки) состоят из ребристых стальных эле­ментов, соединяемых на болтах или сваркой. Хвостовая оболочка имеет ширину, обеспечивающую сборку одного или двух колец тоннельной обделки, и состоит из кружальных стальных листов общей толщиной 50...60 мм. Полная длина щита составляет по­рядка 0,5 диаметра щита, что обеспечивает достаточную устойчи­вость и маневренность щитового агрегата.

По периметру опорного кольца равномерно размещаются гид­равлические щитовые домкраты для передвижения щита. Необхо­димые усилия домкратов определяют из условия преодоления всех сопротивлений, возникающих при передвижении щита. Обычно на щитах диаметром 10... 14 м устанавливают 30...40 домкратов с ходом поршня 1... 1,2 м, развивающих усилие 1 000... 2 000 кН каждый.

А-А

8

Рис. 31.7. Схема проходческого щита:

1 — хвостовая оболочка; 2 — опорное кольцо; 3 — щитовые домкраты; 4 — ножевое кольцо; 5 — аванбек; 6 — выдвижные платформы; 7 — платформенные домкраты; 8 — обделка; 9 — забойные домкраты; 10 — горизонтальные перего­родки; 11 — вертикальные перегородки

Немеханизированные щиты дополнительно оснащают горизон­тальными и вертикальными перегородками, которые придают конструкции необходимую жесткость и разделяют забой на рабо­чие ячейки, где разрабатывают грунт. На горизонтальных площад­ках устанавливают выдвижные платформы, перемещающиеся по направляющим платформенными домкратами. Для удержания эле­ментов временной крепи предусмотрены забойные домкраты, которые закрепляют на вертикальных перегородках и опорном кольце щита. Расстояния между горизонтальными перегородками составляют 1,7...2 м, а между вертикальными — 1,2... 1,9 м.

Механизированные щиты оснащены исполнительным рабочим органом, при помощи которого производится разработка грунта, а в некоторых случаях и крепление лба забоя, а также грунтоза-борными устройствами для удаления грунта за пределы щита. Ра­бочий орган с электрическим или гидравлическим приводом раз­мещается в головной части щита и может поступательно переме­щаться на 0,5... 1 м независимо от щита.

В зависимости от степени прочности и устойчивости грунтов применяют механизированные щиты с рабочими органами ро­торного, планетарного, экскаваторного, фрезерующего действия и др.

Для проходки в скальных грунтах с коэффициентом крепости /= 3...8 в нашей стране применяют механизированный щит с пятилучевым ротором, на котором закреплены дисковые скалы-ватели и стержневые резцы (рис. 31.8, а).

При вращении ротора с частотой 0,5...3 мин"¹ происходит раз­рушение грунта, который системой поворотных и неподвижных лопастей сбрасывается на лоток, а далее попадает на ленточный транспортер.

В плотных и сухих грунтах с коэффициентом крепости/= 2,5... 3 применяют механизированный щит с четырехлучевым ротором, на котором закреплены стержневые резцы и дисковые скалывате-ли (рис. 31.8, б). Разработанный грунт удаляется 12 ковшами, раз­мещенными по периметру щита.

При проходке тоннелей в несвязных грунтах естественной влаж­ности используют щиты с горизонтальными рассекающими пол­ками, несколько выдвинутыми за ножевое кольцо и располага­емыми по высоте через 0,8... 1,2 м. В пределах каждого яруса грунт откладывается на полках под углом естественного откоса, обеспе­чивая устойчивость забоя без принудительного крепления (рис. 31.9, а). В рабочих ячейках установлены челюстные рыхлители грей­ферного типа, которые разрабатывают грунт и сбрасывают его в нижнюю часть щита, где установлен основной погрузчик.

Для проходки тоннелей в несвязных водонасыщенных грунтах созданы щиты с пригрузочными камерами, заполненными под давлением водой, грунтом или бентонитовой суспензией, что

11

Рис. 31.8. Схемы механизированных щитов с рабочим органом роторного действия:

1 — пятилучевой ротор; 2 — дисковые шарошки; 3 — поворотные лопасти; 4 — неподвижные лопасти; 5 — стержневые резцы; 6 — оконтуривающие шарошки; 7 — водило; 8 — ковшовое кольцо; 9 — погрузочные ковши; 10 — скалыватели; 11 — резцедержатели;

12 — копир-резец

предотвращает прорыв в тоннель грунтовых вод. Наибольшее рас­пространение получили щиты с бентонитовым пригрузом, осна­щенные рабочим органом роторного типа (рис. 31.9, б). Призабой-ная зона отделена от остальной части щита сплошной диафраг­мой, за которую по трубопроводу подают бентонитовую суспен­зию. Разработанный ротором грунт перемешивается с бентонито­вой суспензией и поступает через дозирующее «окно» в диафраг­ме в приемную камеру, а далее откачивается по системе трубо­проводов на поверхность земли.

А-А

Рис. 31.9. Схемы механизированных щитов для неустойчивых сухих (а) и водоносных (б) грунтов:

1 — корпус щита; 2 — рассекающие полки; 3 — челюстные погрузчики; 4 — бентонитовая суспензия; 5 — роторный рабочий орган; 6 — сжатый воздух; 7 — защитный кожух; 8 — уплотнитель; 9 — нагнетаемый за обделку раствор; 10 — домкрат; 11 — тюбинг; 12 — шлюз; 13 — транспортер для подачи тюбингов; 14 — эректор; 15 — пригрузочная камера; 16 — трубопровод для подачи бентонитовой суспензии; 17 — трубопровод для удаления грунтовой пульпы

9000

■Щй

'ШШШШШШШ

15 000

Рис. 31.10. Щитовой технологический комплекс:

1 — щит с экскаваторным рабочим органом; 2 — блокоукладчик; 3 — транспортер; 4 — бункер; 5 — автомобиль-самосвал; 6 — блоки

проезжей части; 7 — блоки обделки

В настоящее время осуществляется комплексная механизация и автоматизация тоннельно-щитовых работ. На базе механизиро­ванных щитов созданы проходческие комплексы, включающие в себя оборудование для всех видов горнопроходческих, монтажных, гидроизоляционных и вспомогательных работ. Для более четкой организации проходческого цикла основное оборудование разме­щают на технологической платформе, которая соединяется со щитом и перемещается вместе с ним. При проходке автодорож­ных тоннелей целесообразно совмещение горнопроходческих опе­раций и монтажа обделки с устройством проезжей части (рис. 31.10). При этом откатку разработанного грунта и подачу блоков обделки производят автотранспортом по готовой проезжей части, что ис­ключает необходимость устройства откаточных путей и повышает темпы строительства тоннеля.

Для ведения щитов созданы системы автоматического контро­ля с лазерными геодезическими приборами и электронным обо­рудованием.

Монтаж сборных обделок при щитовой проходке производят тюбинго- и блокоукладчиками, которые размещают непосредствен­но на щите или на специальной тележке. Чаще всего применяют укладчики рычажного типа, состоящие из телескопического рычага с выдвижной балкой, который может поворачиваться вокруг цент­ральной оси щита. Для совмещения монтажных и погрузочных опе­раций используют рычажные укладчики с полым валом, через кото­рый пропускают транспортер для удаления разработанного грунта.

Существуют также укладчики дугового (кольцевого) типа с направляющей дугой (кольцом), по которой перемещают блоки обделки и устанавливают их в проектное положение. После мон­тажа очередного кольца обделки в заобделочное пространство на­гнетают цементно-песчаный раствор под давлением 0,4... 0,6 МПа, а затем производят контрольное нагнетание цементного молока под давлением до 0,8... 1 МПа. В последнюю очередь выполняют чеканку швов между блоками и тюбингами специальными герме­тизирующими составами.

При щитовой проходке тоннелей, так же как и при горном способе, устраивают искусственную вентиляцию, освещение и во­доотлив.

Дата добавления: 2015-08-17