5.2. Выбор схемы проходческого щитового комплекса

5.2.1. Общие положения

В проекте выбор типа проходческого комплекса следует производить исходя из заданных инженерно-геологических и гидрогеологических условий, назначения и длины тоннеля, предполагаемых скоростей проходки. При этом определяющим является выбор типа проходческого щита.

Комплексы с немеханизированными щитами рекомендуется применять в тех случаях, когда длина сооружаемого участка тоннеля ограничена (не более 0,5...1,0 км) или изменение инженерно-геологических условий по трассе не позволяет продолжать проходку тем же механизированным щитом.

Комплексы с механизированными щитами применяют, прежде всего, при проходке перегонных тоннелей метрополитенов, транспортных тоннелей и других тоннелей большой протяженности, залегающих в однородных грунтах. При выборе типа комплекса в ходе выполнения курсового проекта следует руководствоваться данными, приведенными в табл. 4 Приложения.

В грунтах с изменяющимися физико-механическими свойствами должны применяться механизированные щиты со сменными исполнительными органами, работоспособными в заданных инженерно-геологических условиях. При курсовом проектировании типовые комплексы могут применяться с конструкциями обделок, отличающихся по диаметру от типовых, при условии внесения соответствующих изменений в размеры щита, укладчика и другого оборудования. При установлении технологической схемы разрешается использовать машины и агрегаты из разных типовых комплексов.

При ухудшении свойств грунтов следует предусматривать возможность внесения таких изменений в конструкцию щита, как перевод герметизированного щита в открытый режим или режим активного пригруза забоя, снятие исполнительного рабочего органа и превращение щита в немеханизированный, установка защитных козырьков в ножевой части и горизонтальных площадок, внедряемых в грунт, установка дополнительных забойных гидроцилиндров и т. п.

Тип укладчика обделки должен соответствовать принятой конструкции обделки и способу транспортирования грунта из забоя.

Не рекомендуется применять в курсовых проектах механизированные щиты в комплексе с рычажными укладчиками обделки, так как это не позволяет совмещать во времени процессы разработки забоя и монтажа обделки.

Остальные элементы проходческих комплексов (технологические тележки, передвижные платформы, транспортные средства и т. п.), идентичные по своему устройству, должны иметь размеры, соответствующие диаметру обделки тоннеля.

5.2.2. Выбор типа щита

Немеханизированные щиты могут быть применены в различных грунтах, начиная от неустойчивых водонасыщенных (один из специальных способов проходки) и кончая скальными грунтами, разрабатываемыми буровзрывным способом.

Конструкции немеханизированных щитов изготавливаются как с открытой, так и закрытой головной частью. Щиты с открытой головной частью используются в самых разнообразных инженерно-геологических условиях, в том числе в слабоустойчивых грунтах естественной влажности. В этом случае головная часть щита оснащается приспособлениями для крепления забоя: забойными щитовыми гидроцилиндрами для реализации шандорного крепления, жесткими площадками, разделяющими ее на ярусы для формирования нескольких более мелких осыпей, режущими решетками.

В обводненных неустойчивых грунтах применяют щиты с закрытой головной частью, отделенной от опорного кольца герметичной диафрагмой.

Применение механизированных щитов рационально для тоннелей значительной протяженности (длиной более 500 м) в однородных грунтах с f  = 0,6…7. Конструкция механизированных щитов специализирована, т. е. предназначена для определенных геологических и гидрологических условий, в которых их работа экономически эффективна.

При выполнении курсового проекта выбор щита может производиться по табл. 5.1 в зависимости от области его рационального применения в конкретных инженерно-геологических условиях.

Щиты с роторным исполнительным органом получили наибольшее распространение среди механизированных щитов и применяются в различных инженерно-геологических условиях, начиная от нескальных грунтов с f  ≥ 0,5 до скальных с f = 4…6. Исполнительные органы роторных щитов могут быть двух типов: дисковые и лучевые. Основные технические характеристики щитов с роторным исполнительным органом представлены в табл. 2 и 3 Приложения. Конструктивные решения щитов роторного типа приведены в [1, с. 231–233; 6, с. 142–143].

При проходке тоннелей в сухих и плотных суглинках, глинах, мергелях и глинистых сланцах с коэффициентом крепости грунта 1 < f < 2,5  нашли применение щиты с планетарным и экскаваторным исполнительными органами. Основные технические характеристики щитов представлены в табл. 4 Приложения. Конструктивные решения щитов таких типов приведены в [1, с. 233–236; 6, с. 140–147].

В грунтах с изменяющимися физико-механическими свойствами рекомендуется применять щиты со сменным исполнительным органом. Так, например, при проходке в скальных грунтах экскаваторный орган может быть заменен на фрезерный. Основные технические характеристики таких щитов представлены в табл. 4 Приложения и в [6]. Конструктивные решения щитов приведены в [1, с. 236–237; 6, с. 140, 147].

При проходке в сыпучих и малоустойчивых песчаных грунтах естественной влажности нашли применение щиты с комбинированными горизонтальными площадками. Основные технические характеристики таких щитов представлены в табл. 4 Приложения. Конструктивные решения щитов такого типа приведены в [1, с. 226–228; 6, с. 141].

Для проходки тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях, в обводненных грунтах используются специальные щиты с активным пригрузом забоя. В зависимости от особенностей грунтов, величин горного и гидростатического давлений, глубины заложения и прочих факторов в изолированной призабойной камере этих щитов создается пригруз сжатым воздухом (воздушный пригруз), уплотненной грунтовой пробкой (грунтовый пригруз) или раствором бентонитовых глин (гидропригруз), уравновешивающий гидростатическое давление на забой и препятствующий его обрушению.

Таблица 5.1