2527

дворе 20 лк, на пультах управления установок 50 лк. На буровых рамах и в забое число светильников принимают из расчета, чтобы на 1 м2 площади забоя приходилось 15 Вт мощности ламп. На рабочих местах должны находиться аккумуляторные лампы на случай перерыва подачи электроэнергии. Кроме того, у рабочих имеются ручные переносные и головные аккумуляторные лампы с напряжением 12 В (рис. 9.6).

9.4. ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЕ

Источниками пылеобразования в подземных выработках при их проходке являются буровые работы, погрузка породы, разработка забоя проходческими комбайнами, а также автотранспорт и взрывные волны, поднимающие в воздух ранее осевшую пыль.

При бурении шпуров и скважин применяют гидрообеспыливание путем промывки водой забоя шпура через перфоратор и буровую штангу, либо пылеподавление воздушно-жидкостными смесями через специальные форсунки, устанавливаемые на бурильном агрегате, либо сухое пылеулавливание путем отсоса пыли через канал буровой штанги в пылеулавливающую установку (применяется в основном в районах вечной мерзлоты).

При погрузочных работах пыль осаждается с помощью водяных или воздушно-водяных форсунок, установленных на погрузочных машинах.

Проходческие комбайны обычно оснащены встроенными передвижными установками пылегашения, состоящими из оросительного устройства и пылеуловителя (эффективность достигает

92 99 %).

При движении автотранспорта применяют периодический полив дорожного полотна и интенсивное проветривание, а при взрывных работах – водяные завесы, устанавливаемые по направлению движения воздушной волны. Завесы образуются при включении водяных форсунок, расположенных по периметру выработки на расстоянии 50 60 м от забоя. Форсунки включаются автоматически под действием взрывной волны.

328

Г л а в а 10

ЩИТОВОЙ СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ

10.1. СУЩНОСТЬ СПОСОБА

Щитовой способ строительства тоннелей применяют в условиях неблагоприятной инженерно-геологической ситуации: при наличии неустойчивых и рыхлых, а также скальных выветрелых пород с f < 4; при значительном горном давлении и больших притоках воды. А также при строительстве в условиях городской застройки при проходке тоннелей мелкого заложения, когда полностью должна быть исключена осадка земной поверхности.

Основным проходческим оборудованием служит проходческий щит, представляющий собой подвижную металлическую крепь, под защитой которой выполняют основные операции по разработке и креплению забоя, уборке породы и сооружению постоянной крепи-обделки. Породу в забое разрабатывают буровзрывным способом, отбойными молотками и пневмолопатами либо специальным рабочим породоразрушающим органом, встроенным в головную часть щита. Уборку породы от забоя выполняют ковшовыми погрузочными машинами на гусеничном или рельсовом ходу либо конвейером, встроенным в корпус щита. Обделку при щитовой проходке сооружают сборной из чугунных или железобетонных тюбингов и блоков или из монолитнопрессованного бетона.

Кдостоинствамиособенностямщитовойпроходкиотносятся:

широкий диапазон применения в различных неблагопри- ятных инженерно-геологических условиях при значительном горном и гидростатическом давлении;

отсутствие временной крепи и возведение обделки сразу за

щитом, что повышает безопасность проходческих работ и их экономическую эффективность, а также сводит к минимуму или даже исключает осадки горного массива и земной поверхности (осадка поверхности не превышает 8 10 мм);

329

частичная или полная механизация и автоматизация всех операций проходки тоннеля;

узкий фронт работ и необходимость строгой увязки всех операций проходческого цикла во времени и пространстве;

высокие скорости проходки механизированными щито- выми комплексами – порядка 300 600 м/мес. и более;

целесообразность применения щитовой проходки при строительстве протяженных тоннелей длиной более 1000 м.

10.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ

Проходческие щиты отличаются многообразием своих конструкций в зависимости от назначения. Они различны как по форме и размерам поперечного сечения, так и по способу разработки породы и крепления забоя.

По форме щиты в большинстве своем имеют круглое сечение, но также применяются щиты сводчатого очертания, например, для проходки тоннелей станций метрополитенов, автодорожных, железнодорожных и городских транспортных тоннелей. При проходке тоннелей способом продавливания применяют щиты прямоугольной формы.

По диаметру сечения щиты делят на малые (диаметр меньше 3,5 м), средние (диаметр от 3,5 до 6,5 м), большие (диаметр больше 6,5 м). В зависимости от диаметра сечения щиты используют: от 2 до 4 м – для сооружения коммунальных, гидротехнических и промышленного назначения тоннелей; 5 7 м – перегонных тоннелей метрополитена; 8 10 м – станций метрополитена и однопутных железнодорожных тоннелей; 10 12 м – автодорожных и двухпутных железнодорожных тоннелей.

По способу разработки породы различают щиты немеханизированные и механизированные. В немеханизированных щитах породу разрабатывают вручную, с применением ручных механизированных инструментов либо буровзрывным способом. Уборку породы осуществляют в основном ковшовыми породопогрузочными машинами типа ППН. В механизированных щитах все операции по разработке и уборке породы полностью механизирова-

330

ны и выполняются специальными рабочими органами и устройствами, встроенными в щит.

По способу крепления плоскости забоя различают щиты с открытой и закрытой головной (забойной) частью. Открытые щиты применяют при проведении выработок в устойчивых породах, закрытые – в неустойчивых и обводненных породах. В открытых щитах доступ к забою открыт, а в закрытых щитах забой тоннеля закрывают шандорной крепью или специальными диафрагмами.

10.3. КОНСТРУКЦИЯ НЕМЕХАНИЗИРОВАННОГО ЩИТА

Несмотря на многообразие геометрических форм, размеров и способов разработки забоя, принципиальная конструктивная схема всех щитов по существу одинакова. Конструкция щита круглого очертания, имеющего наибольшее распространение, приведена на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Конструкция щита: 1 – ножевое кольцо; 2 – опорное кольцо; 3 – щитовые домкраты; 4 – хвостовая оболочка; 5 – горизонтальная перегородка; 6 – вертикальные перегородки; 7 – выдвижные платформы; 8 – платформенные домкраты; 9 – забойные домкраты

331

Проходческий щит представляет собой стальной цилиндр, составленный из сборно-литых или сборно-сварных элементов. Щит имеет три основные части: ножевое кольцо, опорное кольцо, хвостовую оболочку.

Ножевое кольцо подрезает породу по контуру выработки и служит для предохранения от вывала породы забое. При проходке в мягких породах ножевое кольцо имеет уширенную верхнюю часть – аванбек, а в слабых породах – предохранительный металлический козырёк, который может быть неподвижным или выдвижным.

Опорное кольцо непосредственно примыкает к ножевому кольцу и является основной несущей конструкцией щита. По периметру опорного кольца равномерно располагаются щитовые домкраты, которые служат для передвижения щита путем отталкивания его от готовой обделки. В щитах из сборно-литых элементов щитовые домкраты упираются непосредственно в тюбинги или блоки обделки, а в щитах из сборно-сварных элементов – через уплотнительное распределительное кольцо, которое более равномерно распределяет усилия домкратов, передаваемые на обделку.

Хвостовая оболочка служит для защиты места работ по возведению очередного кольца обделки от вывалов породы из кровли и боков выработки.

Внутри щита, в пределах ножевого и опорного колец, расположены горизонтальные и вертикальные перегородки, делящие щит на независимые рабочие ячейки, в которых разрабатывают породу, а также служащие для увеличения жёсткости щита. Количество перегородок зависит от диаметра щита и составляет от 1 до 3. На горизонтальных площадках устанавливают выдвижные платформы, которые передвигаются по направляющим с помощью платформенных домкратов, смонтированных под площадками. Для крепления лба забоя при проходке в неустойчивых породах на вертикальных перегородках и на опорном кольце щита установлены забойные домкраты.

Ножевое и опорное кольца состоят из отдельных стальных литых сегментов, соединенных между собой болтами (рис.10.2). Толщина стенок 40 65 мм. Кольца между собой соединены бол-

332

Рис. 10.2. Элементы щита: а – ножевой части; б – опорного кольца

тами по типу тюбингов тоннельных обделок. Хвостовая оболочка изготовлена из отдельных гнутых стальных листов толщиной до 40 мм, стыкуемых между собой накладками на шпильках (рис. 10.3) или на винтах с утопленной головкой. В последнее время стали применять не литые, а сварные элементы, т.е. их соединение осуществляется сваркой.

Перегородки щита выполняют из листовой стали толщиной 20 мм в 2 3 слоя, усиленной уголками или швеллерами. Элементы перегородок соединяются между собой, а также с ножевым и опорными кольцами при помощи болтов (рис. 10.4).

333

Выдвижные платформы представляют собой стальные листы, усиленные с двух сторон уголками, которые входят в направляющие, жестко соединенные с горизонтальными перегородками.

В передней части листа укреплен швеллер, который является упором для домкратов и служит для крепления породы в забое. Платформы по мере разработки породы постепенно выдвигают домкратами перед щитом на ширину кольца обделки (0,5 1 м) (рис. 10.5).

Щитовые гидравлические домкраты предназначены для периодического передвижения щита по мере возведения колец обделки и развивают усилия от 800 до 2000 кН каждый. Они питаются энергией от насосов высокого давления, создающих давление до 20 30 МПа. Забойные и платформенные домкраты развивают усилия в 40 50 кН и получают питание от гидросети среднего давления в 3,5 6 МПа. В некоторых случаях, когда не требуются забойные домкраты, для работы платформенных домкратов применяется система низкого давления в 0,25 0,4 МПа.

В качестве рабочей жидкости в гидросистемах используют эмульсии – смесь воды, мыла и машинного масла либо техническое масло.

Немеханизированные щиты предусматривают, как правило, разработку породы в забое вручную или буровзрывным способом. При этом конструкции щитов достаточно универсальны. Один и тот же щит может применяться в различных породах с внесением в него некоторых конструктивных изменений при разработке породы с определенными физико-механическими свойствами. Во всех случаях основная конструкция щита не претерпевает существенных изменений. Помимо возможности приспо-

Рис. 10.5. Выдвижные платформы: 1 – стальной лист; 2 – уголок; 3 – ребро жесткости; 4 – швеллер; 5 – забойный домкрат

335

ниже уровня горизонтального диаметра забоя; площадь выработки должна быть несколько больше лобовой площади щита,

Рис. 10.6. Разработка плоским забоем (а) и схемы расположения шпуров в забое (б): 1 – механический погрузчик; 2 – контур отбитой взрывом породы; 3 – шпуры; 4 – электродетонаторы мгновенного действия; 5 – то же с замедлением на 2 с; 6 – то же с замедлением на 4 с

иначе его продвижение может вызвать поломку отдельных элементов; для предохранения аппаратуры от действия взрыва ячейки щита ограждают стальными решетками или цепями.

Мягкие, но относительно устойчивые породы (плотные глины, тяжелые суглинки и др.) при f = l,5 2 проходят обыч-

ными тяжелыми щитами (массой 300 400 т) с открытым забоем методом частичного врезания. Породу в ядре забоя разрабатывают вручную с помощью отбойных молотков и пневмолопат, а по контуру породу подрезают ножевым кольцом щита при его передвижке. Глубина заходки должна соответствовать величине передвижения щита (ширине кольца обделки).

В мягких слабоустойчивых породах (мягких глинах, слабых суглинках, супесях и т.п.) с f = 0,5 1,5 проходка ве-

дется с обязательным креплением кровли, боков и лба забоя короткими заходками – 25 50 см (рис. 10.7). Лоб забоя раскрепляют системой шандор – деревянных или плоских металлических инвентарных щитов, прижимаемых к породе забойными домкратами, а кровлю – выдвижным металлическим козырьком. Выдвижные платформы вдавливаются в породу забоя и рассекают

337