7. Производство работ по сооружению тоннеля

Описание общей организации работ по сооружению тоннелей.

Щитовой способ сооружения тоннелей основан на применения в забое тоннеля специального агрегата – проходческого щита. Щит представляет собой подвижную металлическую крепь, надежно ограждающую забойную зону от окружающего грунтового массива. Под его защитой выполняет основные операции проходческого цикла; разработку грунта, крепления забоя, уборку грунта, возведение объектов. Форма поперечного сечения щита повторяет очертание тоннельной обделки и круговая, но может быть сводчатой и прямоугольной.

В головной части щита под защитой ножевого кольца 1 разрабатывают на глубину заходки W_грунт забоя 2 и выполняет его крепления, затем при помощи гидравлических щитовых домкратов 3, установленных по периметру опорного кольца 4, передвигает щит вперед в разработанное пространство. При этом домкраты опирают в ранее возведенную обделку, чаще всего сборную, состоящую из отдельных колец 5, ширина которых равна или кратна глубине заходки. После передвижки щита и уборки штоков домкрата в освободившемся пространстве под защитой хвостовой оболочки 6 возводят очередное кольцо обделки. По мере передвижения щита у выхода обделки из-под оболочки зазор 7 между обделкой и грунтом заполняют под давлением цементно-песчаным раствором, обеспечивая надежный контакт обделки с грунтовым массивом.

Для придания щиту необходимой жесткости в пределах ножевого и опорного колец ставят одну - две горизонтальные перегородки 8, используемые одновременно как рабочие подмости, и две – три вертикальные перегородки.

Щитовой комплекс выполняется в соответствии с «Правилами безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений». В технологический процесс сооружения тоннеля входят следующие работы:

• Разработка и погрузка породы щитовым комплексом;

• Монтаж обделки;

К забою должны быть проведены:

• Сжатый воздух;

• Силовые и осветительные кабели;

• Водопровод;

• Вентиляционные трубы;

В комплекс машин и механизмов для проходки тоннеля входят: механизированный комплекс, транспортные средства.

8. Выбор принципиальной схемы щитового комплекса для сооружения тоннеля. Определение геометрических размеров щита и сопротивлений преодолеваемых щитом при передвижении

В грунтах повышенной влажности с относительно небольшим содержанием песчаных частиц широкое применение нашли щиты с активным грунтовым пригрузом забоя.

В корпусе механищированного щита находится герметическая диафрагма, щитовые гидравлические домкраты и роторный исполнительный орган с гидроприводом. Через герметическую диафрагму проходит шнековый конвейер, дозировано выдающий разработанный грунт из призабойной камеры на щитовой транспортер. Под защитой хвостовой оболочки щита расположен блокоукладчик, зазор между обделкой и оболочкой щита изолируется кольцевым уплотнением.

Выбор щитового комплекса по классификации проходческих щитов:

1. По площади поперечного сечения: щит большого диаметра (в нашем случае диаметр …);

2. По области применения: щит для проходки в породе с крепостью (в нашем случае f=1.7 – 4);

3. По степени механизации: машинизированный с активным пригрузом забоя;

4. По типу исполнительного органа: исполнительный роторный дисковый орган;

5. По типу погрузочного органа: шнековый конвейер;

6. По способу возведения обделки: обделка сплошных ж/б блоков.

Основная технологическая схема механизированного щитового комплекса с активным пригрузом забоя со сборной ж/б обделкой.

В состав комплекса входит механизированный проходческий щит наружным диаметром … м с дисковым роторным исполнительным органом и грунтовым пригрузом забоя. В пределах щита под защитой хвостовой оболочки располагается кольцевой блокоукладчик. Защитой комплекс состоит из двух технологических тележек, на которых размещен транспортер для подачи блоков обделки к блокоукладчику, ленточный конвейер для выдачи грунта за пределы тоннеля, кран – перегружатель блоков обделки с мультисервисной вагонетки на транспортер, силовое оборудование, кабельный барабан, ресивер сжатого воздуха, силовой электрощит и пускорегулирующая аппаратура.

Удаление разработанного грунта из призабойной камеры в зону щита осуществляется шнековым транспортером диаметром … мм, расположенным в нижней части камеры. Шнековый транспортер перегружает грунт на ленточный конвейер шириной …мм, а затем через поперечный перегрузочный конвейер на ленточный конвейер, закрепленный на обделке, для выдачи грунта за пределы тоннеля, на поверхность.

Крепление тоннеля выполняется блочной железобетонной обделкой из бетона повышенной водонепроницаемости с резиновым уплотнением стыков наружным диаметром …м. блоки обделки доставляются к укладчику тоннельной обделки на мультисервисных вагонетках грузоподъемностью до 45 т на автодорожном ходу.

Элементы обделки разгружают на некотором расстоянии от щита и перемещают к укладчику с помощью транспортера для блоков. Далее блоки крепятся на вакуумном захватывающем устройстве укладчика и подаются к месту монтажа кольцо обделки.

Для монтажа обделки убирают находящиеся в соответственном положении проходческие домкраты, чтоб освободить достаточно пространства для первого сегмента. Другие проходческие домкраты остаются в контакте с последним установленным кольцом для обжатия герметизирующих прокладок и предотвращения подвижки щита в обратном направлении. Захват укладчика поднимает блок и устанавливает его в проектное положение, сразу после чего блок соединяется с последним установленным кольцом нарезными шпильками. Прежде чем укладчик отпустит установленный блок, он должен быть прижат к ранее установленному кольцу щитовыми домкратами для предотвращения его нежелательного смещения. Следующие блоки монтируются аналогичным образом, пока кольцо не будет собрано целиком.

Монтаж кольца обделки ведется одновременно с продвижением щита с последовательным переключением его гидроцилиндров.

Для обеспечения водонепроницаемости щита его хвостовая часть оснащена эластичным щеточным уплотнением. Кольцевое пространство за бетонными блоками заполняется водонепроницаемым быстротвердеющим раствором, производимым на строительной площадке, причем нагнетание осуществляется постоянно во время продвижения щита. Герметизация блочных железобетонных обделок с профильным гидроизолирующими уплотнителями производится в период монтажа обделки.

Определение геометрических размеров щита и сопротивлений, преодолеваемых щитом при передвижении.

Основными элементами корпуса сборно-литого щита являются ножевое кольцо, опорное кольцо и оболочка.

Внутри корпуса механизированных щитов вместо перегородок предусматривают опорные площадки для установки на них станин исполнительного рабочего органа.

Каждый щит должен быть оснащен системой щитовых гидроцилиндров.

Наружный диаметр оболочки щита принимаем:

Где D_н – диаметр обделки;

δ₀ – толщина оболочки;

δ_з – строительный зазор между обделкой и внутренней поверхностью оболочки, δ_з=(0,008…0,01)D_н.

Длина механизированного щита поверху:

Где L_н – ширина ножевого кольца поверху = …м;

L_ок – ширина опорного кольца …м;

L_о – длина хвостовой части оболочки, м, L_o= m₁+m₂+m₃=

m₁ – длина перекрытия обделки оболочкой m₁=

m₂– расстояние между опорной плоскостью колодок втянутых штоков щитовых домкратов и торцевой плоскостью смонтированного кольца обделки = …м;

m₃ – длина части щитового домкрата, выступающего из опорного кольца = …м.

Перегородки размещают с учетом удобства ведения проходческих работ, а также для придания жесткости конструкции щита. Расстояние между вертикальными перегородками составляет (1,2…1,9)м, а высота ярусов (1,7…2,0)м.

Уплотняемость щита характеризуется коэффициентом манёвренности, определяемые как отношение длины щита к его диаметру.

Коэффициент манёвренности:

Определение сопротивлений преодолеваемых щитом при его передвижке.

Общее расчетное предельное сопротивление:

где W₁ – сопротивление трения между наружной поверхностью оболочки щита и грунтовым массивом;

W₂ – лобовое сопротивление грунта в забое = 0, т.к. проходка ведется механизированным щитом;

W₃ – сопротивление трения между внутренней поверхностью оболочки щита и наружной поверхностью обделки;

W₄ – сопротивление трения от веса перемещаемых вместе со щитом конструкций технологического комплекса.

Где Р – масса щита – 1300т;

μ₁ – коэффициент трения стали о породу, принимаем μ=0,3;

p_a – горизонтальное активное давление p_a =…т/м²;

q – вертикальная расчетная нагрузка q=…т/м²;

Где Р_обд – вес обделки, лежащей на оболочке;

μ₂ – коэффициент трения материала обделки по оболочке, для железобетонной обделки μ₂=0,56;

Сопротивление от веса перемещаемых вместе со щитом конструкций технологического комплекса:

W₄=0

W=

Для обеспечения передвижения щита необходимо выполнение следующего условия:

Где P – расчетное значение усилия передвижения щита

γ_с и γ_n – коэффициенты условия работы и надежности,

Полное расчетное усилие щитовых гидроцилиндров с коэффициентом запаса k=1.0, учитывающий необходимость отключения части гидроцилиндров при движении на кривой и при корректировке движения.

-а усилие одного гидроцилиндра:

Где n – число щитовых домкратов, назначаемое с учетом равномерности передачи давления от опорной площадки плунжера на блоки тоннельной обделки.

Усилие одного щитового домкрата не должно превышать Р_д≤250т

Определяем общее усилие всех щитовых домкратов

Принимаем количество домкратов равное …шт.

Погрузка и транспортировка грунта

При проходке тоннеля механизированным щитом, в процессе разработки забоя, погрузка грунта осуществляется специальными устройствами.

В щитах с активным грунтовым пригрузом забоя грунт из-за перегородки выдается в тоннель механическим устройством.

Грунт грузится на тоннельный транспортер и далее перегрузочный узел конвейера. Производительность погрузочных и транспортных средств должна соответствовать скорости разработки грунта исполнительным органом.

Для определения времени погрузки за один цикл проходки требуется определять в каждом случае фактическую производительность машин. Фактическая производительность погрузки грунта при проходки механизированным щитом(м³/мин) может быть определена:

Где S – площадь разрабатываемого забоя, м²;

b – ширина кольца обделки, м;

k_р – коэффициент разрыхления грунта;

t – время отводимое в цикле проходки на разработку грунта, мин.