2527

его на ярусы. Разработка породы в забое осуществляется поочередно сверху вниз в каждом ярусе с последовательной

Рис. 10.7. Шандорная крепь при щитовой проходке в неустойчивых породах: а – крепь средней ячейки щита; б – деталь шандорной крепи; 1 – ножевое кольцо щита; 2 – козырек; 3 – шандорная крепь; 4 – короткие брусья; 5 – рошпаны; 6 – длинные брусья; 7 – забойные домкраты; 8 – деревянные распорки

перестановкой шандор. Забойные домкраты прижимают щандоры

кзабою через коротыши – стальные трубы.

Всыпучих неустойчивых породах с f < 0,6 (сухие и обводненные пески, землистые грунты, торф и т.п.) проходку ведут так же, только с большей тщательностью при разработке и креплении забоя. Иногда для повышения устойчивости забоя увеличивают число горизонтальных перегородок и дополнительных рассекающих площадок таким образом, чтобы расстояние

между ними составляло 0,8 1,2 м и порода в пределах каждого яруса располагалась под углом естественного откоса, благодаря чему не требуется крепление забоя. Песок при вдавливании щита осыпается с площадок вниз, где подбирается погрузочной машиной типа ППН (рис. 10.8).

Для работы в плывунах, илах, разжиженном лёссе и других плывунных породах (f = 0,1 0,3) применяются тяжелые щиты с закрытой головной частью. В плоскости задней грани ножевого кольца установлена металлическая диафрагма с окна-

338

ми. Проходку ведут методом вдавливания щита в породу без предварительной ее разработки. Спрессованную таким образом

1

А

БВ

Рис. 10.8. Схема проходки тоннеля щитом с рассекающими площадками: а – схема образования осыпей на площадках; б – технологическая схема сооружения тоннеля; 1 – горизонтальные площадки; 2 – проходческий щит; 3 – щитовые гидроцилиндры; 4 – блокоукладчик; 5 – породопогрузочная машина; 6 – передвижная платформа; 7 – нагнетатель раствора; 8 – шахтные вагонетки вместимостью 1,5 м3; 9 – электровоз; 10 – чеканочная тележка; 11 – перегородки щита

породу частично впускают внутрь щита через окна в диафрагме и удаляют за пределы тоннеля.

При проходке тоннеля в несвязных водонасыщенных породах с большим гидростатическим давлением, а также при сооружении подводных тоннелей для предотвращения прорыва воды и плывунных разжиженных пород в тоннель применяют кессонный способ проходки с использованием сжатого воздуха

(рис. 10.9).

На расстоянии не более 250 м от забоя сооружают герметическую шлюзовую перегородку, стальную или железобетонную, и нагнетают в забойную часть тоннеля сжатый воздух. По мере передвижения забоя сооружают новые шлюзовые перегородки, а

339

старые снимают. Давление сжатого воздуха устанавливают таким, чтобы, с одной стороны, избежать прорыва воздуха из тон-

Рис. 10.9. Схема щитовой проходки под сжатым воздухом: 1 – шлюзовая перегородка; 2 – людской шлюз; 3 – аварийный помост; 4 – лестница; 5 – шлюз с экраном; 6 – тюбингоукладчик; 7 – щит; 8 – материальный шлюз; 9 – аварийный шлюз; 10 – шлюзтруба; 11 – сифонная труба; 12 – дренажная труба; 13 – отверстия для пропуска коммуникаций

неля на земную поверхность и, с другой – предотвратить поступление воды из забоя в тоннель. На практике это достигается тем, что гидростатическое давление уравновешивается давлением сжатого воздуха. Наибольшее допускаемое давление сжатого воздуха 0,29 МПа. При очень большом давлении воды его напор уменьшают, снижая уровень грунтовых вод путем водопонижения.

В шлюзовой перегородке устанавливают шлюзовые камеры для прохода людей и подачи материалов в рабочую зону, а также для пропуска породы из забоя. Шлюзовые камеры устраивают в виде котлов длиной 6 8 м и диаметром около 2 м. Кроме того, имеется ряд труб и отверстий для пропуска воздуховодов, водоводов, кабелей и пр.

Работы в зоне повышенного давления производятся, как обычно, но с более строгим соблюдением правил техники безопасности. В целях безопасности людей при внезапном прорыве воды с породой в забой сооружают аварийный помост с лестни-

340

мые под пятами арки. В состав опорных частей входят шарниры, обеспечивающие равномерное давление на катки. Опорной плоскостью для катков являются стальные подкладки. Катки и подкладки периодически переставляются по мере передвижения полущита из хвостовой части в ножевую часть. Если прочность почвы калотты под опорами недостаточна, то создают искусственное основание из монолитного бетона. Вначале проходят штольни кругового очертания. В них сооружают монолитные бетонные опоры, на которые опираются опорные части полущита при последующей проходке калотты.

Для разработки породы в забое полущита применяют отбойные молотки или породоразрушающие механизмы экскаваторного типа, встроенные в ножевую часть полущита.

10.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ РАБОТЕ

НЕМЕХАНИЗИРОВАННЫХ ЩИТОВ

Технологическая схема проходки тоннеля с использованием немеханизированного щита приведена на рис. 10.11.

Разработка породы в забое осуществляется с применением ручного механизированного инструмента (отбойных молотков и пневмолопат) или буровзрывного способа. Неустойчивые породы в забое крепятся инвентарными деревометаллическими щитамишандорами. Погрузка разработанной породы производится автономными породопогрузочными машинами типа ППН и ПНБ в транспортные средства – вагонетки на рельсовом ходу или автосамосвалы, которые отвозят породу в отвалы за пределы тоннеля. Передвижение щита в разработанное пространство забоя на новую заходку выполняется путем отталкивания щитовыми домкратами от смонтированного кольца обделки.

Монтаж сборной чугунной или железобетонной обделки производится в пределах хвостовой оболочки щита с применением тюбинго-блокоукладчиков, размещенных за щитом на специальных тележках. В первое кольцо обделки, вышедшее из-под хвостовой оболочки щита, проводится первичное нагнетание це- ментно-песчаного раствора. Через определенный промежуток времени выполняются гидроизоляционные работы: контрольное

342

либо автоматическим. При отклонении щита от заданного направления его постепенно выправляют путем включения щитовых домкратов в определенном сочетании и подработкой контура забоя.

Г л а в а 11

МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЩИТЫ

11.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Механизированные щиты являются проходческими механизированными комплексами, выполняющими все операции по сооружению тоннеля. Они оснащены исполнительным рабочим органом, при помощи которого разрабатывается порода в забое, устройствами по удалению породы за пределы щита, а также по возведению обделки. Исполнительный орган размещен на месте ножевого кольца или внутри него.

Механизированные щиты в основном применяют для проходки тоннелей малых и средних коммунальных, гидротехнических, перегонных тоннелей метрополитенов (диаметром 2,5 6 м). За рубежом для проходки железнодорожных и автодорожных тоннелей в Альпах были созданы механизированные щиты диаметром 10 12 м. В нашей стране сконструированы механизированные щиты диаметром 8,5 9,5 м для проходки горных тоннелей и станций метрополитена.

Определяющими признаками механизированных щитов любого диаметра являются тип и принцип действия рабочих органов, которые весьма разнообразны и зависят от крепости и устойчивости разрабатываемых пород (рис.11.1). Ввиду большого различия физико-механических свойств скальных и нескальных пород создание щита с исполнительным универсальным органом представляет собой сложную техническую задачу, еще не нашедшую удовлетворительного решения. Поэтому определенный тип механизированного щита может эффективно использоваться лишь в соответствующих инженерно-геологических условиях.

344

Рис. 11.1. Принципиальная схема механизированного щита: 1

– исполнительный орган; 2 – породоразрушающий инструмент; 3 – главный привод; 4 – корпус щита; 5 – щитовой транспортер; 6 – устройство подачи исполнительного органа на забой

Основное достоинство механизированных щитов в том, что процесс разработки породы рабочим органом выполняется непрерывно и совмещается по времени с процессом монтажа обделки. Это позволяет уменьшить технологические перерывы в проходческом цикле и обеспечить высокие скорости проходки с минимальными трудозатратами. К недостаткам механизированных щитов относятся сложность конструкции рабочего органа и возможность его использования только при определенном типе пород по крепости и устойчивости, большой расход резцов, особенно в абразивных породах, высокие стоимости щитовых комплексов (до 500 тыс. долларов на 1 м диаметра щита).

Но, несмотря на это, применение механизированных щитов во многих случаях оправданно, поскольку обеспечивается эффективная технология проходки тоннелей в сложнейших инже- нерно-геологических условиях с высокими скоростями при довольно низком коэффициенте использования щитового комплекса (0,2 0,4). Это говорит о больших резервах повышения производительности механизированной щитовой проходки.

Средние скорости проходки тоннелей механизированными щитами составляют порядка 200 400 м/мес. При тщательно продуманной организации процесса проходки в некоторых случаях были достигнуты скорости щитовой проходки свыше 1000 м/мес. (подводные тоннели под проливом Ла-Манш, тоннель метрополитена в Санкт-Петербурге).

345

1

Рис. 11.2. Схемы механизированных щитов с рабочим органом роторного действия: а – ММЩ-1; б – KTI-5,6; в – ЩМР-1: 1 – пятилучевой ротор; 2 – дисковые шарошки; 3 – поворотные лопасти; 4 – неподвижные лопасти; 5 – стержневые резцы; 6 – оконтуривающие шарошки; 7 – водило; 8 – ковшовое кольцо; 9 – погрузочные ковши; 10 – скалыватели; 11 – резцедержатели; 12 – копир-резец; 13 – пластинчатые резцы; 14 – дисковый ротор; 15 – корпус щита; 16 – привод; 17 – транспортер