5.3.1. Проходка тоннелей немеханизированными щитами в различных инженерно-геологических условиях
Комплексы с немеханизированными щитами могут быть применены в различных грунтах, начиная от неустойчивых водонасыщенных (один из специальных способов проходки) и кончая скальными грунтами, разрабатываемыми буровзрывным способом. Предпочтение таким комплексам рекомендуется отдавать, если длина сооружаемого участка тоннеля ограничена (не более 0,5…1,0 км) либо если изменение инженерно-геологических условий по трассе не позволит продолжать проходку тем же механизированным щитом.
Комплекс с немеханизированным щитом включает проходческий щит (немеханизированный), тоннельный укладчик, технологические тележки для первичного нагнетания, контрольного нагнетания и гидроизоляционных работ, подвижные платформы, породопогрузочную машину и транспортные средства. Оборудование размещается на призабойном участке тоннеля протяженностью 30...50 м. Примеры комплексов с немеханизированными щитами приведены в [1, с. 250–253; 6, с. 339–343].
На рис. 5.2 приведен технологический комплекс на основе немехани-зированного щита.
Рис. 5.2. Технологический комплекс на основе немеханизированного щита:
1 – немеханизированный щит ЩН-1; 2 – погрузочная машина 1-ППН-5;
3 – укладчик обделки ТУ-3Гп; 4 – тележка для первичного нагнетания;
5 – вагонетки ВГ-1,7; 6 – тележка для контрольного нагнетания;
7, 8 – растворный узел; 9 – воздуховод; 10 – тюбинговозки
При проходке тоннелей в неустойчивых грунтах главная задача – не допустить непроизвольный выпуск грунта из забоя. При проходке тоннелей в неустойчивых грунтах естественной влажности (мягкие суглинки, торф, песок) применяют немеханизированные щиты с открытой головной частью. Проходку ведут глухим забоем под защитой ножевой части щита с обязательным временным креплением лба и кровли. Величина заходки не более 25…50 см. На ножевом кольце устанавливают постоянные или выдвижные козырьки из стальных балок, выступающие на 0,3…1 м и вдавливаемые в грунт при передвижке щита. Устойчивость лба забоя может быть обеспечена различными способами. В связных глинистых грунтах применяют сплошное крепление горизонтальными досками (шандорное крепление) либо инвентарные шандоры. Для этого в головной части щита размещаются забойные гидроцилиндры, прижимающие доски к грунту забоя.
В сыпучих грунтах, разрабатываемых щитом с рассекающими горизонтальными площадками, устойчивость забоя может быть обеспечена с помощью мелких осыпей на ярусах, которые предотвращают самопроизвольное высыпание грунтов во внутреннюю область щита.
При проходке тоннелей в неустойчивых обводненных грунтах (плывуны, разжиженный лесс, водонасыщенные пески) применяют немеханизированные щиты с закрытой головной частью. Проходку ведут методом вдавливания без предварительной разработки грунта, с частичным дозированным выпуском спрессованного грунта внутрь щита. Для предотвращения внезапного выпуска разжиженного грунта применяют противоаварийные устройства в ячейках щита: нижние и верхние диафрагмы, сплошные диафрагмы с отверстиями для выпуска грунта, секторные затворы. Проходка методом вдавливания может быть осуществлена лишь для щитов малого диаметра в слабых грунтах (ввиду большого лобового сопротивления). В аналогичных условиях могут применяться и щиты с открытой головной частью при проходке под сжатым воздухом.
Проходка тоннелей в мягких глинистых грунтах (плотные глины, тяжелые суглинки) проводится немеханизированными щитами с открытой головной частью методом частичного врезания. Проходку ведут под защитой ножевой части щита с обязательным временным креплением лба забоя шандорной крепью. Величина заходки принимается равной ширине кольца обделки. Кровлю крепят деревянной или стальной крепью, заводимой поверх кружальной арки или ножевого кольца. Грунт разрабатывается с применением малой механизации (отбойные молотки, пневматические лопаты). Работы ведут по ярусам сверху вниз с выдвижных платформ щита. В устойчивых глинистых грунтах по контуру выработки оставляют нетронутый кольцевой уступ (Dзаб < Dщ), который срезается ножевым кольцом при передвижке щита.
Проходка тоннелей в скальных грунтах носит ограниченный характер: при пересечении отдельного скального участка небольшой протяженности на контакте скальных и неустойчивых грунтов. Проходка проводится немеханизированными щитами с открытой головной частью с разработкой грунта буровзрывным способом. Во избежание разлета взорванного грунта щиты снабжаются специальными ударопоглощающими цепями, щитами; во избежание перекоса щита Dзаб > Dщ; проходку осуществляют забоем уступной формы (снизу вверх).
При разработке и креплении забоя в смешанных грунтах руководствуются следующими правилами: первоначально следует на одну заходку разработать с применением средств малой механизации слои со слабыми грунтами, начиная с верхнего. Затем закрепить разработанную часть забоя и вести взрывание более крепкого грунта минимальными зарядами ВВ.