Размеры элементов корпуса щита

Внутренний диаметр по оболочке Dн + dз, м	3	4	6	8	10	12
Толщина оболочки dо, мм	24	32	42	48	56	66
Высота сечения сегмента hо, мм	300	400	550	650	740	830

Длина ножевого кольца определяется геологическими условиями (чем слабее грунт, тем больше L_н), но должна быть не менее 1 м из условия размещения проходчиков в призабойной зоне. Длина ножевого кольца по низу = L_н – а, где а = 0,4…0,5 м – аванбек. При курсовом проектировании можно принять L_н = 1…1,2 м – в устойчивых грунтах; L_н = 1,4…1,7 м – в неустойчивых грунтах.

Длина опорного кольца определяется по условиям размещения и надежного закрепления в нем щитовых гидроцилиндров и назначается в пределах удвоенной величины хода щитового гидроцилиндра или – ширины кольца обделки b_к, т. е. L_ок = 1,6...2,0b_к.

Длина свободной (хвостовой) части оболочки щита определяется как сумма:

L_о = m₁ + m₂ + m₃, (5.3)

где m1 –	длина перекрытия обделки, м; m1 = 1,2 bк или 2,2bк в зависимости от числа колец обделки, собираемых под оболочкой щита;
m1 = 1,45...1,65lсекц;
lсекц –	ширина секции опалубки монолитно-прессованной обделки, м;
m2 –	длина свободного промежутка между опорной площадкой плунжера и торцевой плоскостью смонтированного кольца обделки; m2 = 0,15 м – при отсутствии уплотнительного кольца, m2 = = 0,45 м – при наличии уплотнительного кольца;
m3 = 0,6...0,7 м – длина выступающей за пределы опорного кольца части гидроцилиндра.

Внутренний диаметр щита – по оболочке = D_н + _з; в пределах опорного кольца  = D_щ – 2h_о, где h_о – высота сечения сегмента опорного (ножевого) кольца, определяемая по табл. 5.2.

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.

Управляемость щита характеризует коэффициент маневренности, определяемый как отношение длины щита к его диаметру: M = L_щ/D_щ. Для немеханизированных щитов средних щитов – М  = 0,8...1,0; для больших щитов – М = 0,45...0,6. У механизированных щитов величина коэффициента, как правило, больше.

20)Определение сопротивлений, преодолеваемых щитом при передвижении. Расчет требуемого усилия щитовых домкратов.(в 9 про домкраты есть)

Определение сопротивлений, преодолеваемых щитом. Расчет сопротивлений производится с целью установления необходимой мощности щитовых и забойных гидроцилиндров. Полное сопротивление, преодолеваемое щитовыми гидроцилиндрами, определяется как сумма сопротивлений:

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄, (5.4)

где W1 –	сопротивления трения между наружной поверхностью оболочки щита и грунтовым массивом;
W2 –	лобовое сопротивление грунта в забое;

W3 –	сопротивление трения между внутренней поверхностью оболочки щита и наружной поверхностью обделки или сила защемления оболочки монолитно-прессованным бетоном;
W4 –	сопротивление трения от веса перемещаемых вместе со щитом конструкций технологического комплекса.

Воздействие вышеуказанных усилий на проходческий комплекс при его передвижке условно показано на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема к определению сопротивлений, преодолеваемых

при передвижке щита

Сопротивление трения наружной поверхности щита по грунту:

W₁ = [2(q + p_а)L_щD_щ + P_щ]μ₁, (5.5)

где q = γ(hв + Dщ/2) –		интенсивность вертикального горного давления грунта, кН/м2;
hв – высота свода обрушения грунта (см. формулу (4.4), или толща вышележащих грунтов (при невозможности сводообразования);
pa – интенсивность активного горизонтального горного давления грун- та, кН/м2, ;
Dщ –	наружный диаметр щита, м;
Pщ –	вес щита, кН; принимаемый по данным табл. 2–4 Приложения; при отсутствии данных можно определить по формуле Pщ = = 35 – 100;
μ1 –	коэффициент трения стали по грунту, можно принять μ1 = = 0,3…0,5.

Лобовое сопротивление грунта в забое W₂ определяется в зависимости от технологии проходки тоннеля. Так, например, при сплошном или частичном креплении забоя:

W₂ = P_забn_заб > p_аF_заб, (5.6)

где Pзаб –	усилие, развиваемое забойным гидроцилиндром, Pзаб = 50…70 кН;
nзаб –	число забойных гидроцилиндров, используемых для крепления забоя;
Fзаб –	площадь забоя, закрепляемая при помощи забойных гидроцилиндров, м2.

При проходке методом вдавливания в грунт щитов с закрытой головной частью:

, (5.7)

где pn –

интенсивность пассивного горизонтального горного давления грунта, кН/м2;

.

При проходке в устойчивых грунтах без временного крепления забоя и без врезания ножевого кольца либо при проходке механизированным щитом можно принять W₂ = 0.

При проходке щитами с активным пригрузом забоя:

, (5.8)

где pw –

гидростатическое давления, кН/м2.

Другие примеры расчета W₂ приведены в [1, с. 224].

Сопротивление трения обделки по оболочке щита для сборной обделки:

W₃ = P_обд μ₂, (5.9)

где Pобд – вес обделки, лежащей на оболочке, кН;

μ2 – коэффициент трения материала обделки по оболочке (принимать для чугунной и стальной обделки – 0,18; для бетонной или железо- бетонной обделки – 0,56).

Сопротивление от веса перемещаемых вместе со щитом конструкций технологического комплекса:

W₄ = K_мP_кμ₂, (5.10)

где Pк – вес части комплекса, передвигающейся совместно со щитом, кН;

Kм = 2 – коэффициент местных сопротивлений.

Следует иметь в виду, что сопротивление W₃ следует учитывать только при монтаже обделки на оболочке щита, W₄ – когда технологический комплекс конструктивно связан с проходческим щитом.

Для обеспечения передвижения щита необходимо выполнение следующего условия:

, (5.11)

где Р – расчетное значение усилия передвижения щита;

с и п – коэффициенты, соответственно условий работы и надежности. Для песков и невыветренных скальных грунтов с  = 1 и п = = 0,95, для глин и выветренных скальных грунтов с  = 1,15 и п = 0,9.

Полное расчетное усилие щитовых гидроцилиндров с коэффициентом запаса k = 1,3…1,5, учитывающим необходимость отключения части гидроцилиндров при движении на кривой и при корректировке движения, составляет:

P_щ = kР, (5.12)

а усилие одного гидроцилиндра:

,

где n –

число щитовых гидроцилиндров, назначаемое с учетом равномерной передачи давления от опорной площадки плунжера на блоки тоннельной обделки.

Обычно число щитовых гидроцилиндров назначают таким, чтобы на каждый элемент обделки (не считая ключевых) приходилось не менее двух. Для щитов средних диаметров n = 16…24 штуки, для щитов больших диаметров n = 24…36 штук (см. табл. 2– 4 Приложения). Усилие одного щитового гидроцилиндра не должно превышать P_д  ≤ 2500 кН.

21)Немеханизированные проходческие щиты. Их классификация.

Рис. 4.1. Схема немеханизированного проходческого щита

1 – забойные домкраты; 2 – щитовые домкраты; 3 – вертикальные перегородки; 4 – выдвижные платформы; 5 – горизонтальные перегородки; 6 – платформенные домкраты; 7 – хвостовая оболочка; 8 – опорное кольцо; 9 – ножевое кольцо; 10 - аванбек; 11 – обделка.

Проходческий щит представляет собой передвижную металлическую крепь (конструкцию), под защитой которой производится разработка и уборка грунта, крепление забоя сооружаемого тоннеля, а так же, как правило, и возведение обделки.

Классификация проходческих щитов может быть проведена по следующим признакам:

1. По размерам поперечного сечения:

• малого диаметра размером до 3200 мм;

• среднего диаметра размером от 3200 до 6000 мм;

• большого диаметра размером более 6000 мм.

2. По области применения:

• для проходки в неустойчивых водонасыщенных грунтах с коэффициентом крепости f < 0,6;

• для проходки в песчаных, сыпучих слабосвязных грунтах естественной влажности с коэффициентом крепости f < 1;

• для проходки в необводненных связных грунтах с коэффициентом крепости 0,6 ≤ f ≤ 5;

• для проходки в крепких скальных грунтах с коэффициентом крепости f > 5.

3. По форме поперечного сечения:

• круговые;

• эллиптические;

• прямоугольные;

• сводчатые;

• сложной конфигурации, соответствующей очертанию возводимой конструкции (бинокулярные, трех- и четырехочковые).

4. По степени механизации:

• немеханизированные (все процессы кроме передвижки щита осуществляются вручную);

• частично механизированные (все процессы, кроме передвижки щита и крепления забоя, осуществляются вручную, степень механизации 25…30 %);

• механизированные (степень механизации работ 90…95) %).

5. Классификация немеханизированных щитов:

• с открытой головной частью (применяются в сыпучих, слабосвязных грунтах естественной влажности, в том числе и с коэффициентом крепости f < 1);

• с закрытой головной частью (применяются в слабых неустойчивых водонасыщенных грунтах).

22)Механизированные проходческие щиты. Их классификация.

Проходческий щит представляет собой передвижную металлическую крепь (конструкцию), под защитой которой производится разработка и уборка грунта, крепление забоя сооружаемого тоннеля, а так же, как правило, и возведение обделки.

Классификация проходческих щитов может быть проведена по следующим признакам:

1. По размерам поперечного сечения:

• малого диаметра размером до 3200 мм;

• среднего диаметра размером от 3200 до 6000 мм;

• большого диаметра размером более 6000 мм.

2. По области применения:

• для проходки в неустойчивых водонасыщенных грунтах с коэффициентом крепости f < 0,6;

• для проходки в песчаных, сыпучих слабосвязных грунтах естественной влажности с коэффициентом крепости f < 1;

• для проходки в необводненных связных грунтах с коэффициентом крепости 0,6 ≤ f ≤ 5;

• для проходки в крепких скальных грунтах с коэффициентом крепости f > 5.

3. По форме поперечного сечения:

• круговые;

• эллиптические;

• прямоугольные;

• сводчатые;

• сложной конфигурации, соответствующей очертанию возводимой конструкции (бинокулярные, трех- и четырехочковые).

4. По степени механизации:

• немеханизированные (все процессы кроме передвижки щита осуществляются вручную);

• частично механизированные (все процессы, кроме передвижки щита и крепления забоя, осуществляются вручную, степень механизации 25…30 %);

• механизированные (степень механизации работ 90…95) %).

Классификация механизированных щитов по типу исполнительного (рабочего) органа:

• роторный (дисковый и лучевой);

• планетарный;

• стреловой фрезерный;

• экскаваторный;

• с комбинированными горизонтальными площадками;

• многоосный роторный;

• роторно-качательный.

Классификация механизированных щитов по способу организации разработки грунта:

• непрерывного действия;

• периодического действия.

По типу погрузочного устройства:

• непрерывного действия, например, с нагребающими лопатами, ковшового типа вращающиеся вместе со щитом, гидропневмотранспортные устройства;

• периодического (циклического) действия, например, экскаваторный орган, автономная погрузочная машина.

По способу передвижки щита:

• отталкиваясь от обделки;

• отталкиваясь от грунта через распорное устройство;

• перемещаясь путем поочередной передвижки секций корпуса.

По технологии изготовления и несущей способности:

• цельносварные (для щитов малого диаметра);

• сборно-сварные (для щитов среднего диаметра, массой до 60 т, используются при небольших величинах горного давления);

• сборно-литые (для щитов среднего и большого диаметров, массой 120…350 т, используются при значительных величинах горного давления).

23)Подготовительные работы при щитовой проходке тоннелей. Назначение и конструкция монтажных и демонтажных камер.

Описание общей организации работ по сооружению тоннелей:

1. Подготовительные работы;

2. Проходка и возведение обделки;

3. Демонтажные работы.

В состав подготовительных работ входят:

1. сооружение монтажных щитовых камер, либо монтажного котлована;

2. доставка щитового проходческого оборудования;

3. сборка проходческого комплекса;

4. испытание проходческого комплекса.

В зависимости от условий строительства щиты могут быть введены в забой из подземной монтажной камеры, из ствола шахты, из открытого котлована или через портал. Для щитов среднего диаметра глубокого заложения вывод щита на трассу производится из подземной монтажной камеры.

Камеру для сборки щита располагают на трассе сооружаемого тоннеля и придают ей внутренние размеры, превосходящие внешние очертания щита с учетом размещения монтажного оборудования. Камеры размещают на трассе так, чтобы их можно было повторно использовать для монтажа щита противоположного направления или для разборки щита прилегающего перегона.

Камеры сооружают горным способом, и в зависимости от инженерно-геологических условий камера сооружается с обделкой из монолитного бетона или чугунных/железобетонных тюбингов по всему периметру или с сооружением лишь свода и опиранием его на крепкие скальные породы. В камеру доставляют определенные элементы щита. Доставка отдельных конструкций щита может осуществляться как по уже готовому тоннелю или вспомогательным выработкам (если монтажная камера в середине тоннеля), либо сооружаются вертикальный ствол, через который подают в камеру элементы щита.

Щит монтируется вблизи проема, затем собирается несколько полуколец в которые упирается щит для начала движения. После сборки щита и его оборудования проводят проверку оборудования и щитовых домкратов. Щит из камеры выдвигается при помощи щитовых домкратов, упирающихся в полукольца, укладываемых в лотковой части камеры, или непосредственно в торцевую стенку камеры. После выдвижения щита в камере монтируется укладчик обделки.

Демонтажная камера строится как монтажная для панели противоположного направления также. В сложных условиях в качестве демонтажной камеры используется сам тоннель (актив пригруз+наклонный ход).