8.8.2. Технология щитовой проходки.
Одним из наиболее прогрессивных способов строительства тоннелей различного назначения является закрытый, с помощью проходческих щитов.
В сочетании с различными специальными способами производства работ (химическое закрепление грунтов, инъекционные сваи, искусственное замораживание грунтов, противофильтрационные завесы, "стена в грунте" и т.п.), способ щитовой проходки (рис.235) в большинстве случаев единственно возможен при строительстве и реконструкции автомобильных дорог.
Рис.235. Механизированный проходческий щитовой комплекс КЩ-4Б
1 – механизированный проходческий щит ПЩМ-4; 2 – тельфер Т-51.1; 3 – технологическая платформа: 4 – блоковозка; 5 – ленточный конвейер; 6 – вагонетка УВГ-1,0; 7 – установка для нагнетания раствора за блочную обделку РНЩ-0,3; 8 – электровоз АК-2У
Тоннели, создаваемые при помощи проходческих щитов, могут служить не только для пешеходных переходов и транспортных магистралей, но и совмещенного размещения трубопроводов и кабелей, но и в качестве канализационных каналов, водоводов, водостоков,.
Проходческий щит – подвижная стальная крепь, под защитой которой выполняют разработку породы и сборку обделки.
Щитовую проходку применяют в слабых неустойчивых породах: илах, плавунах, песках различной влажности, супесях, суглинках и глинах.
Возведение автотранспортных тоннелей – сложный комплекс технологических операций, важнейшими из которых являются разработка забоя и погрузка грунта в щитовом агрегате, транспортировка грунта по тоннелю к шахте, доставка крепежных материалов и установка крепи.
По способу разработки грунта в забое проходческие щиты могут быть: с ручной разработкой грунта; с разработкой механизированными инструментами, с частично механизированной разработкой; с механизированной разработкой грунта различными рабочими органами; с разработкой взрывным способом; с разработкой грунта комбинированными способами.
Все работы по щитовой проходке должны выполняться по типовым технологическим картам, а при их отсутствии – по ППР. Технологические карты должны учитывать горно-технические условия конкретного объекта и производства специальных видов работ, сопутствующих щитовой проходке, определенных проектом.
Щитовой способ строительства позволяет выдерживать проектный профиль тоннеля со средним отклонением ±2,2 см. Отклонение от проектного положения проходческого щита в продольном профиле для автотранспортных тоннелей допускается ±7 см для щитов всех диаметров.
Форма щита повторяет форму сооружаемой обделки; преимущественное распространение получили щиты цилиндрические, так как в слабых породах обычно применяют обделку кругового очертания.
Основные части щита: ножевое -1 и опорное 2 кольца, а также оболочка 3, в пределах которой монтируется сборная обделка.
После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину заходки W щит продвигают вперед в свободное пространство при помощи щитовых домкратов, опирающихся на последнее кольцо обделки. Частично порода в забое при движении щита может срезаться его ножевой частью. После перемещения щита штоки домкратов убирают и под оболочкой начинают монтировать очередное кольцо обделки. Породу в забое крепят щитами из досок, которые прижимают забойными домкратами.
В пределах опорного и ножевого колец внутреннее пространство щита разделено на рабочие ячейки вертикальными и горизонтальными перегородками. Для удобства ведения работ в забое устроены выдвижные платформы, перемещение которых выполняется домкратами.
Ножевое и опорное кольца щита собирают из литых стальных элементов – сегментов, соединяя их между собой болтами. Форма сегментов близка у форме тюбингов чугунной обделки.
Ножевая часть ограждает призабойное пространство при разработке породы и может быть использована в качестве орудия проходки, когда щит давлением домкратов врезается в уступ породы, оставленной по периферии выработки.
Опорное кольцо является основой несущей конструкции щита. В нем устанавливают перегородки, выполняющие роль инвентарных подмостей, а также механизмы и органы управления щита. В полостях сегментов опорного кольца размещают щитовые домкраты. Оболочка ограждает место сборки обделки тоннеля.
В отличие от горного способа работ, где выработка продолжительное время поддерживается временной крепью, при щитовой проходке сборку обделки выполняют немедленно вслед за разработкой породы. Благодаря этому снижаются осадки кровли и горное давление, но одновременно возрастает стесненность работ в призабойном пространстве, успешное выполнение которых обеспечивается механизацией и четкой организацией.
Рис 236. Схема проходческого щита.
1 – ножевое кольцо; 2 – опорное кольцо; 3 – оболочка; 4 – сборная обделка; 5 – щитовые домкраты; 6 – выдвижные платформы; 7 – забойные домкраты; 8 – домкраты выдвижных платформ; 9,10 – вертикальные и горизонтальные перегородки.
Рис 237. Схемы механизированных щитов для проходки в породах.
а- водонасыщенных неустойчивых; б- песках естественной влажности; в- глинах пластичных; г- твердых сухих глинах.
Примером механизированного щита для проходки в неустойчивых водонасыщенных породах может служить конструкция (рис. 237, а), в которой на радиальных балках укреплены резцы, скалывающие породу с поверхности эабоя при вращении крестовины и подаче ее вперед.
В песках естественной влажности при проходке перегонных тоннелей Ждановского радиуса Московского метрополитена были применены щиты с рассекающими перегородками в головной части (рис. 237, 6). Благодаря правильному сочетанию перемещения щита и удаления песчаной осыпи с перегородок удалось добиться рекордной скорости проходки в 400 ног. м готового тоннеля в месяц. Позднее в аналогичных условиях на Замоскворецком радиусе была достигнута еще большая скорость проходки 430,6 пог. м в месяц.
В щитах с рассекающими перегородками использована способность осыпавшейся части песка выполнять функцию, крепления забоя, предотвращая дальнейшее обрушение сыпучей породы в пределах каждой рабочей ячейки. Порода осыпи по мере продвижения щита направлялась при помощи лотков и транспортеров в вагонетки.
Для проходки тоннелей Киевского метрополитена в пластичных глинах был создан механизм (рис. 237, в), оборудованный стальным диском, который, будучи прижатым домкратом подачи к плоскости забоя и вращаясь при включении привода, выполнял одновременно две функции — крепи и режущего органа. В прорезях диска закреплялись резцы, снимавшие стружку породы. Скорость чистого резания пород составляла 0,6 пог. м/ч.
Щит, оборудованный таким механизмом, позволил достигнуть суточной скорости проходки тоннеля, равной 12 м.
Механизм планетарного действия (рис. 237, г) с шестью дисковыми ф резами, укрепленными на крестовине, предназначен для щитовой проходки в плотных сухих глинах. Срезанные частицы породы в лотковой части подбираются ковшами, которые укреплены на кольцевой обвязке вращающейся крестовины и со стороны, противоположной плоскости забоя, не имеют стенки, но закрыты неподвижной стальной перегородкой, имеющей окно в верхней части. Когда ковш совмещается с этим отверстием, порода из него самотеком через окно попадает на транспортер.
Вопросы для самоконтроля:
Назовите способы постройки тоннелей?
Что, из себя, представляет конструкция тоннеля?
Какова технология щитовой проходки?
Суть различных схем механизированных щитов для проходки в различных породах?