5.3.2. Проходка тоннелей механизированными щитами

Комплексы с механизированными щитами применяют, прежде всего, при проходке перегонных тоннелей метрополитенов, транспортных и коллекторных тоннелей большой протяженности, залегающих в однородных грунтах. При этом следует руководствоваться данными, приведенными в [1, с. 257–261; 2, с. 111–118; 6, с. 159–165, 343–350].

В состав комплекса с механизированными щитами входят щит с исполнительным рабочим органом и породопогрузочными устройствами, система транспортеров для выдачи грунта, подъемно-транспортное оборудование для подачи к щиту строительных материалов и изделий, укладчик тоннельной обделки, а также технологические тележки, подвижные платформы и транспортные средства. Комплексы с механизированными щитами различаются между собой главным образом конструкциями щитов и тоннельных укладчиков. Проходческие механизированные комплексы для строительства тоннелей со сборной обделкой имеют маркировку КТ и КМ.

На рис. 5.3 представлен технологический комплекс типа КМ-24 на основе роторного механизированного щита, предназначенный для проходки перегонных тоннелей метрополитена. На рис. 5.4 приведена технологическая схема сооружения однопутного железнодорожного тоннеля механизированным щитовым комплексом КТ-8,5 Д2.

Проходка механизированными щитами ведется, как правило, без применения временной крепи. Конструкции и основные механические характеристики механизированных щитов определяются инженерно-геологическими условиями, для которых эти щиты предназначены (см. табл. 5.1), и приведены в [1, с. 226–240; 6, с. 140–147], а также в табл. 2–3. Приложения.

Разработка грунта роторным исполнительным рабочим органом (комплексы КТ1-5,6, КМ-24.0 и т. п.) осуществляется по всему сечению забоя при вращении ротора и одновременной подаче его на забой. Разрушенный грунт поступает на щитовой, а затем на тоннельные транспортеры (см. рис. 5.3). В дисковых щитах исполнительный рабочий орган ограждает забой от обрушения грунта.

У современных отечественных щитов подача рабочего органа достигает 550 мм, после чего его отводят в исходное положение, а затем снова производят разработку грунта до требуемой величины заходки (см. табл. 2 и 3 Приложения).

Для разработки слабых грунтов экскаваторными исполнительными органами щиты в ножевой части оснащают рассекающими площадками, повышающими устойчивость забоя (КМ-42, КТ-5,6 Д2, КТ-8,5 Д2). Грунт в забое разрабатывают скребком экскаватора, после чего он поступает на систему транспортеров (см. рис. 5.4). Для предотвращения обрушений грунта в кровле выработки используют проходческие щиты с выдвижными шандорами (КТ-5,6 Д2) (см. табл. 4 Приложения).

Фрезерный исполнительный рабочий орган во многих типах щитов поставляется заводами-изготовителями вместе с экскаваторным как сменный, предназначенный для разработки устойчивых грунтов типа глин и известняков с коэффициентом крепости до f = 5 (КТ-5,6 Д2, КТ-8,5 Д2). Разработку грунта в забое производят горизонтальными, вертикальными и наклонными полосами.

Щиты для проходки в слабых грунтах естественной влажности (комплекс ТЩБ-7) относятся к частично механизированным. Разработка грунта в забое ведется с помощью погрузчиков-разрыхлителей челюстного типа, удаляющих осыпающийся грунт с площадок во время вдавливания щита в забой. С помощью погрузочного устройства грунт поступает на щитовой транспортер и транспортер-перегружатель (см. табл. 4 Приложения).

Уширение тоннельной выработки, необходимое для проходки на кривых в плане и профиле, производят резцом-расширителем (копир-резцом).

При проходке в водонасыщенных грунтах применяют так называемые герметизированные щиты с активным пригрузом забоя. В таких щитах призабойное пространство в пределах ножевого кольца отделено от остальной части щита герметичной перегородкой и заполняется сжатым воздухом, уплотненным грунтом или раствором бентонитовой суспензии, уравновешивающими горизонтальное давление грунта и воды со стороны забоя. Грунт из-за перегородки выдается в тоннель механическим устройством (шнеком) или посредством гидротранспорта. Работы в тоннеле ведутся при нормальном атмосферном давлении воздуха. Технологические характеристики роторных щитов с активным пригрузом забоя приведены в табл. 2 и 3 Приложения.

Комплексы со щитами с грунтовым пригрузом забоя наиболее эффективны в неустойчивых связных глинистых грунтах, а суспензионный пригруз целесообразен при проходке в песчаных и песчано-глинистых грунтах. Комплексы со щитами с воздушным пригрузом целесообразно применять для проходки тоннелей диаметром до 4-х метров в грунтах с низкой проницаемостью. При выборе типа проходческого щита с активным пригрузом забоя, следует выбрать тот щит, который является наиболее эффективным в условиях соответствующих максимальной протяжённости по трассе, но в то же время обеспечивающим проходку всей трассы.

На рис. 5.5 приведена схема тоннелепроходческого комплекса ТЩМ (ГП) на основе роторного лучевого щита с грунтовым пригрузом забоя фирмы «Ловат».

На рис. 5.6 приведена схема тоннелепроходческого комплекса ТЩМ (СП) на основе роторного лучевого щита с активным пригрузом забоя раствором бентонитовой суспензии. В состав комплекса входит механизированный проходческий щит диаметром 7,385 м с гидравлическим пригрузом забоя и воздушным регулированием величины пригруза ТЩМ (СП)-Р2.

Рис. 5.6. Технологический комплекс ТЩМ (СП) на основе щита

с активным суспензионным пригрузом забоя:

1 – роторный щит; 2, 3 – технологические тележки; 4 – транспортер для блоков;

5 – грунтовый насос; 6 – транспортный трубопровод; 7 – питающий трубопровод;

8 – перегружатель блоков; 9 – блокоукладчик кольцевого типа; 10 – масляный насос;

11 – трансформатор; 12 – электрошкаф; 13 – кабельный барабан;

14 – ресивер сжатого воздуха; 15 – блоковозка