 |
Основные элементы современных проходческих щитов и их назначение
|
|
|
|
Введение
Дисциплина «Щиты и щитовые комплексы» изучает технологию сооружения тоннелей щитовым способом. В рамках изучаемого материала дисциплины студенты будут ознакомлены с сущностью щитового способа проходки тоннелей, историей развития щитового способа проходки, конструкциями, принципом действия современных механизированных проходческих щитов, укладчиков сборных тоннельных обделок и составом тоннелепроходческих механизированных комплексов для щитовой проходки тоннелей.
Сущность щитового способа сооружения тоннелей и его особенности
Щитовой способ сооружения тоннелей основан на применении в забое специального агрегата – проходческого щита, под защитой которого выполняются все операции проходческого цикла, включая возведение обделки.
Проходческий щит представляет собой подвижную металлическую крепь (рис. 2.1.).
Рис. 2.1. Конструктивная схема проходческого щита
Основными элементами проходческого щита являются: ножевое кольцо 1, опорное кольцо 2, хвостовая оболочка 4, щитовые гидравлические домкраты 3, а также горизонтальные 8 и вертикальные 9 перегородки.
Разработка грунта в забое происходит в головной части щита, под защитой ножевого кольца. Грунт разрабатывается на глубину заходки равной, как правило, ширине кольца сборной обделки тоннеля 5. Если разработка грунта в забое щита производится специальным породоразрабатывающим механизмом, который называется рабочим или исполнительным органом, то щит называется механизированным. После разработки породы в головной части щита его передвигают вперёд при помощи щитовых домкратов 3, отталкивающихся от тоннельной обделки 5 в хвостовой части щита. По завершении перемещения щита на величину равную ширине кольца обделки, штоки щитовых домкратов убираются, и внутри хвостовой оболочки образуется свободное пространство, в котором производится монтаж очередного кольца обделки 7 при помощи укладчика тоннельной обделки 6. Таким образом, под защитой проходческого щита, совершается весь тоннелепроходческий цикл.
|
|
|
Резюмируя вышесказанное, можно отметить основные особенности щитового способа проходки тоннелей по сравнению с горным способом. Это, прежде всего, использование специального проходческого агрегата – щита, в пределах которого происходит выполнение всех операций проходческого цикла, включая возведение обделки, а также максимальное приближение места возведения обделки к забою.
Сравнивая щитовой и горный способы сооружения тоннелей, следует отметить более высокую степень безопасности ведения проходческих работ при щитовом способе, особенно в неустойчивых и слабоустойчивых грунтах. Щитовой способ можно применять в весьма широком диапазоне инженерно-геологических условий: от неустойчивых обводнённых грунтов до крепких скальных пород, причём с применением механизированных агрегатов для разработки грунта в забое щита. Возможность получения ровного контура выработки обеспечивает широкое применение сборных обделок индустриального изготовления. Современные проходческие щиты обеспечивают полную механизацию всех операций проходческого цикла.
Основные элементы современных проходческих щитов и их назначение
Форма поперечного сечения проходческого щита зависит от формы поперечного сечения сооружаемого тоннеля. Современные проходческие щиты имеют самые разнообразные формы поперечного сечения: круглую, прямоугольную, подковообразную, эллиптическую, двух- или трёхсводчатую и другие. Исторически сложилось так, что преимущественное применение имеют щиты кругового очертания, что объясняется возможностью применения сборной обделки из минимального количества типов элементов и использования достаточно простой кинематической схемы исполнительного органа механизированного проходческого щита. Поэтому знакомство с основными элементами проходческих щитов, их функциональным назначением и конструкцией будет происходить на примере щитов круговой формы с диаметром, соответствующим диаметру перегонного тоннеля метрополитена. Такие щиты условно относятся к щитам среднего диаметра (рис. 3.1.).
|
|
|
Рис. 3.1. Общий вид проходческого щита:
1- опорное кольцо; 2-ножевое кольцо; 3-вертикальная перегородка;
4-выдвижная платформа; 5-горизонтальная перегородка; 6-платформенный
домкрат; 7-забойный домкрат; 8-накладка; 9-оболочка; 10-щитовой домкрат;
11-опорная пята щитового домкрата
Несущую конструкцию щита составляют жёстко соединённые между собой ножевое и опорное кольца, а также горизонтальные и вертикальные перегородки. Конструкция основных элементов щитов больших и средних диаметров проектируется сборной из литых или сварных стальных элементов.
Конструкция ножевого кольца проектируется аналогично конструкции чугунной тюбинговой обделки и состоит из10-18 элементов (рис. 3.2.).
Рис. 3.2. Конструкция ножевого кольца проходческого щита:
1-нормальные элементы; 2-скошеные элементы; 3-ключевой элемент; 4-аванбек;
5-кольцевая шпонка; 6-ребро жёсткости
В каждом элементе ножевого кольца устраиваются продольные рёбра жёсткости, располагающиеся напротив щитовых домкратов.
В пределах ножевого кольца немеханизированных щитов при помощи вертикальных и горизонтальных перегородок создаются рабочие площадки, с которых ручным механизированным инструментом ведётся разработка грунта в забое и осуществляется его крепление. Для предохранения забоя от вывалов грунта в верхней части ножевого кольца устраивается выдвижной козырёк (аванбек).
В механизированных проходческих щитах в пределах ножевого кольца располагается исполнительный орган для механизированной разработки грунта.
Опорное кольцо состоит из такого же числа элементов, что и ножевое, соединяемых между собой болтами (рис. 3.3.).
|
|
|
Рис. 3.3. конструкция опорного кольца проходческого щита:
а- расположение элементов в кольце; б- продольный разрез элемента;
1-нормальные элементы; 2-скошенные элементы; 3-ключевой элемент
Для совместной работы ножевого и опорного кольца помимо болтовых связей между ними в элементах опорного кольца устраивается кольцевой паз, в который плотно входит кольцевая шпонка ножевого кольца.
На большей части наружной поверхности опорного кольца имеется выемка, в которую входят листы хвостовой оболочки. В дальних от забоя кольцевых полках опорного кольца имеются отверстия, соответствующие наружному диаметру щитовых домкратов.
Опорное кольцо непосредственно примыкает к ножевому и предназначено для размещения в его пределах силовой и пускорегулирующей аппаратуры, щитовых домкратов и других механизмов и оборудования.
Хвостовая оболочка щита представляет собой конструкцию, собираемую из лекальных стальных листов, соединяемых между собой накладками с болтами. При помощи оболочки в хвостовой части щита создаётся ограждённая зона, в которой осуществляется возведение обделки. Оболочка может быть однослойной или многослойной, то есть состоять их двух или трёх слоёв стальных листов толщиной 18=20 мм, отвальцованных по нужному диаметру (рис. 3.4.).
Рис. 3.4. Конструкция хвостовой оболочки проходческого щита:
а- сечение по опорному кольцу и оболочке; б- вид сбоку; в- сечение по оболочке;
1-стальной лист; 2-накладка; 3-опорное кольцо
Однослойная оболочка крепится только к опорному кольцу, в многослойной оболочке к опорному кольцу крепятся все слои, а наружный – ещё и к ножевому.
К элементам несущей конструкции щита относятся горизонтальные и вертикальные перегородки. Кроме того, установкой перегородок во внутреннем пространстве щита создаются рабочие ячейки в пределах ножевого кольца немеханизированного щита и площадки для установки необходимого оборудования и механизмов в опорном кольце. Перегородки в ножевом кольце механизированных щитов не устанавливаются.
|
|
|
Перегородки изготавливаются из стальных листов толщиной 18-20 мм и крепятся к рёбрам жёсткости ножевого или опорного кольца при помощи болтов (рис. 3.5.). В пределах ножевого кольца перегородки – трёхслойные, в опорном кольце они одно- или двухслойные.
Рис. 3.5. Конструкция перегородок проходческого щита:
1- перегородка опорного кольца; 2-перегородка ножевого кольца
Горизонтальные перегородки в несущей конструкции щита выполняют функции затяжек, а вертикальные – распорок. Как правило, роль вертикальных перегородок в статической работе щита при расчётах не учитывается, что идёт в запас прочности.
Важным элементом проходческих щитов являются щитовые домкраты, при помощи которых происходит передвижение щита. Щитовые домкраты – это гидравлическая машина двойного действия, штоки которой имеют прямой и обратный ход. Эти домкраты располагаются по периметру опорного кольца в соответствии с конструкцией применяемой обделки.
В немеханизированных щитах для обеспечения работы проходчика в забое устраиваются выдвижные платформы (рис. 3.6.), перемещаемые на забой при помощи платформенных домкратов.
Рис. 3.6. Конструкция выдвижной платформы:
1- стальной лист; 2-уголок; 3-ребро жёсткости; 4-швеллер; 5-платформенный домкрат
Крепление забоя в таких щитах производится при помощи забойных домкратов, устанавливаемых на вертикальных перегородках щита.
|
|
|
