Проходка тоннелей щитовым способом

Щит представляет собой металлическую крепь, периодически перемещающуюся под действием гидравлических домкратов. Опорой для домкратов служит торцевая плоскость обделки, собираемой под защитой оболочки щита.

Форма поперечного сечения щита зависит от формы сечения тоннельной обделки, может быть круговой, эллиптической, подковообразной и прямоугольной.

В большинстве случаев применяются щиты кругового очертания (рисунок 9.65).

Рисунок 9.65 – Общий вид немеханизированного щита

Щит состоит из следующих основных частей (рисунок 9.66): ножевое кольцо; опорное кольцо; хвостовая часть; перегородки, и щитовые домкраты.

1 - ножевое кольцо; 2 - опорное кольцо; 3 - хвостовое кольцо; 4 - ходовые домкраты; 5 - выдвижные платформы; 6 - отверстия для спуска породы; 7 - домкраты платформ; 8 - «рука» эректора; 9 - противовес эректора; 10 - тележка эректора; 11 - вал поворота эректора; 12 - тюбинги

Рисунок 9.66 – Основные части немеханизированного щита

Ножевое кольцо служит для частичного срезания мягких и сыпучих пород и предохраняет от вывала породы. Оно состоит из 10…18 элементов, соединенных между собой черными болтами. Стыки всех элементов, кроме замкового и двух смежных с ним, имеют радиальное направление и одинаковый центральный угол. Стыки замкового элемента не радиальные. Ножевой элемент литой, выполнен в виде неравнобокого уголка, короткая стенка предназначена для прикрепления к опорному кольцу. Элемент имеет ребра жесткости, расположенные по осям щитовых домкратов. Толщина стенок литого элемента составляет 40…65 мм, а ребер жесткости 40…60 мм.

Опорное кольцо, непосредственно примыкающее к ножевому кольцу, служит для размещения щитовых и забойных гидравлических домкратов и пускорегулирующей аппаратуры. Оно состоит из такого же числа элементов, что и ножевое кольцо, соединенных между собой болтами. Совместная работа ножевого и опорного кольца обеспечивается шпонкой, плотно входящей в кольцевой паз.

Радиальное сечение опорного кольца имеет корытообразный профиль, к одной из вертикальных стенок которого примыкает ножевое кольцо. Все элементы опорного кольца имеют радиальные стыки, за исключением стыков двух верхних смежных сегментов. На передней части наружной поверхности элементы имеют литые приливы для предохранения стыковых накладок оболочки щита, а также выемку, в которую входят листы оболочки. В полках элементов опорного кольца имеются отверстия по диаметру щитовых домкратов.

Наружные стенки в месте крепления оболочки имеют толщину 50…60 мм, а вертикальные – 50…70 мм.

Хвостовая часть, представляющая собой тонкую оболочку, выступающую консолью в сторону обделки, служит для ограждения места монтажных работ по всему контуру обделки или только в ее верхней части.

Оболочка может быть однослойной или многослойной. Однослойная оболочка крепится болтами и винтами только к опорному кольцу. В многослойной оболочке к опорному кольцу крепят весь пакет листов, а к ножевому кольцу – только наружный слой. Листы между собой соединяются накладками.

Перегородки горизонтальные и вертикальные делят щит на независимые рабочие ячейки, необходимые для безопасности ведения работ по всему забою.

Горизонтальные перегородки играют роль затяжек несущей конструкции, они крепятся к ребрам жесткости точеными двухсрезными болтами. Перегородки изготавливают из стальных листов толщиной 18…20 мм.

Вертикальные перегородки исполняют роль распорок несущей конструкции и упоров для крепления забоя. В пределах ножевого кольца они трехслойные, а в пределах опорного кольца – одно- и двухслойные.

В листах горизонтальных перегородок предусмотрены отверстия для пропуска гидравлических труб и желобов для спуска породы.

Выдвижные платформы представляют собой стальные листы, усиленные с двух сторон уголками, входящими в направляющие устройства горизонтальных перегородок. На передней части листа закреплен швеллер, являющийся упором для одного или двух платформенных домкратов.

Выдвижные платформы предусмотрены на всех горизонтальных перегородках в пределах каждой ячейки. Широкая платформа средних ячеек перемещается двумя домкратами, а платформы боковых ячеек – одним домкратом.

Платформы выдвигаются, по мере разработки породы, и тем самым обеспечивается постоянный контакт с забоем и безопасность работ в отдельных ячейках щита.

За расчетную нагрузку на платформу принимают вес двух человек с инструментом и породы 0,5 м³.

Ножевая часть с аванбеком (козырьком в верхней части) предназначена для прорезания мягких пород по контуру выработки при перемещении щита и предохранения забоя от вывалов. По периметру опорного кольца размещены щитовые домкраты, которыми щит по мере разработки породы, отталкиваясь от собранной обделки, продвигается вперед.

Гидравлические домкраты с давлением жидкости 200…300 атм. могут развивать усилие до 60000 кН (6000 тс). По окончании перемещения щита штоки домкратов втягиваются, освобождая место для очередного кольца обделки.

На стенках вертикальных перегородок закреплены забойные домкраты, предназначенные для крепления лба забоя. Под горизонтальными перегородками расположены платформенные домкраты, выдвигающие рабочие платформы и прижимающие их к забою, чем обеспечивается безопасность ниже работающих проходчиков. Спуск породы может производиться через окна, открывающиеся по мере выдвижения платформ. Забойные и платформенные домкраты работают под давлением 35…50 атм.

При передвижке щита поршни забойных и платформенных домкратов выдвинуты и прижаты к забою. Щит при передвижке в состоянии преодолеть пониженное давление этих домкратов.

Эректор, предназначенный для монтажа тюбингов, перемещается на собственной тележке. Эректоры могут быть закреплены и на задней части щита.

Выдвижная рука эректора с захватом для тюбинга и противовесом шарнирно присоединена к валу, продольно перемещающемуся на тележке. Радиальным выдвижением руки тюбинг ставится на место и прижимается к ранее собранному кольцу качанием «руки» относительно шарнира.

Цикл работ начинается с разработки породы в ячейках при помощи отбойных молотков. Разрыхленная порода спускается из ячеек на расположенный внизу транспортер. Откатка породы чаще всего производится узкоколейными железнодорожными вагонетками, подаваемыми под транспортер. После разработки породы на длину кольца щит перемещают, и начинается сборка очередного кольца обделки, которая ведется одновременно с дальнейшей разработкой породы.

Вне цикла ведется нагнетание раствора за обделку, через отверстия в третьем от щита кольце.

Щит достигает массы 100…250 т.

Механизированные щиты являются проходческими механизированными комплексами, выполняющими все операции по сооружению тоннеля. Они оснащены исполнительным рабочим органом, при помощи которого разрабатывается порода в забое, устройствами по удалению породы за пределы щита, а также по возведению обделки. Исполнительный орган размещен на месте ножевого кольца или внутри него.

Механизированные щиты (рисунок 9.67)в основном применяют для проходки тоннелей малых и средних коммунальных, гидротехнических, перегонных тоннелей метрополитенов (диаметром 2,5…6 м). За рубежом для проходки железнодорожных и автодорожных тоннелей были созданы механизированные щиты диаметром 10…12 м. В нашей стране сконструированы механизированные щиты диаметром 8,5…9,5 м для проходки горных тоннелей и станций метрополитена.

1 - исполнительный орган; 2 - породоразрушающий инструмент, 3 - главный привод; 4 - корпус щита; 5 - щитовой транспортер; 6 - устройство подачи исполнительного органа на забой

Рисунок 9.67 - Принципиальная схема механизированного щита

Ввиду большого различия физико-механических свойств скальных и нескальных пород создание щита с исполнительным универсальным органом представляет собой сложную техническую задачу, еще не нашедшую удовлетворительного решения. Поэтому определенный типмеханизированного щита может эффективно использоваться лишь в соответствующих инженерно-геологических условиях.

Для разработки скальных, полускальных и твердых глинистых пород в широком диапазоне по прочности (f = 2…6) применяются механизированные щиты счетырех и пятилучевым роторным рабочим органом (рисунок 9.68).

1 - пятилучевой ротор; 2 - дисковые шарошки; 3 - поворотные лопасти; 4 - неподвижные лопасти; 5 - стержневые резцы; 6 - оконтуривающие шарошки

Рисунок 9.68 - Схема механизированного щита с рабочим органом роторного действия

В плотных глинах, мергелях, мягких известняках, глинистых сланцах и суглинках (f £ 3) применяют щиты с рабочим органом планетарного действия московского (рисунок 9.69) и ленинградского типов (рисунок 9.70). Рабочий орган щита имеет 2…6 дисковых фрез, укрепленных на водиле. Водило и диски вращаются в одном направлении, и резцы, установленные на дисках, совершая сложное планетарное движение, скалывают породу. Разрушенную породу ковши убирают через лотки и конвейеры за пределы щита.

1 - водило; 2 - главный привод; 3 - резец; 4 - дисковая фреза; 5 - ножевое кольцо; 6 - опорное кольцо; 7 - щитовой домкрат; 8 - хвостовая оболочка; 9 - щитовой транспортер; 10 - ковш исполнительного органа; 11 - редуктор; 12 - домкрат выдвижения; 13 - опорная горизонтальная перегородка

Рисунок 9.69 - Щит с исполнительным планетарным органом

1 - ковшовое кольцо; 2 - лучи водила; 3 - дисковые фрезы; 4 - крестовина водила; 5-резец

Рисунок 9.70 - Ленинградский щит планетарного действия

Достоинства щитов планетарного действия: одинаковый крутящий момент для всех резцов и, следовательно, их равномерный износ; минимальный крутящий момент, вызывающий поворот щита вокруг его оси; сравнительно небольшие энергозатраты на разработку породы. Недостатками являются: сложность конструкции и содержания машины; практическая невозможность создания больших усилий подачи на забой; значительное пылеобразование из-за излишнего дробления породы.

Общим недостатком щитов роторного и планетарного типов является крен щита от закручивания в одну сторону. Этот недостаток устраняется периодическим изменением направления вращения рабочего органа или установкой элеронов на корпусе щита

В скальных нарушенных породах, плотных глинах, мергелях, известняках (f = 3…5)применяют механизированные щиты с рабочим органом стрелового типа, подобно тоннелепроходческим машинам избирательного действия. На площадках щита смонтированы телескопические стрелы и манипуляторы, оснащенные фрезами с резцовыми коронками диаметром 600…1000 мм. В нашей стране работают щиты такого типа диаметром от 3 до 5 м (рисунок 9.71).

1 - выдвижной козырек; 2 - экскаваторный рабочий орган; 3 - корпус щита; 4 - распределительное кольцо; 5 - контур обделки; 6 - опорная станина; 7 - породопогрузчик; 8 - горизонтальные перегородки; 9 - место оператора; 10 - пульт управления; 11 - вертикальная перегородка; 12 - фрезерующий рабочий орган; 13 - наклонный транспортер

Рисунок 9.71 - Механизированные щиты с рабочим органом избирательного действия

Достоинствами щитов стрелового типа является возможность образования выработки любой формы сечения, удобство обслуживания, свободный обзор открытого забоя, высокая производительность и экономный расход электроэнергии.

Дата добавления: 2014-12-29