ИСТОЧНИК ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

2.7.4.5.2 «ИСТОЧНИК ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА»

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петербургский государственный университет

путей сообщения

Министерства путей сообщения Российской Федерации

(ПГУПС МПС России)

 

М.Ю.СОКОЛОВ, А.Н.КОНЬКОВ, Я.В.МЕЛЬНИК, А.Б.ГОЛУБЫХ

 

МЕХАНИЗАЦИЯ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ

Часть I

 

Учебное пособие

 

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петербургский государственный университет

путей сообщения

Министерства путей сообщения Российской Федерации

(ПГУПС МПС России)

 

 

М.Ю.СОКОЛОВ, А.Н.КОНЬКОВ, Я.В.МЕЛЬНИК, А.Б.ГОЛУБЫХ

 

 

МЕХАНИЗАЦИЯ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ

Часть I

 

Учебное пособие

 

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ

УДК

 

Механизация тоннелепроходческих работ, Часть I, Проходческие щиты: Учебное пособие /М.Ю.Соколов, А.Н.Коньков, Я.В.Мельник, А.Б.Голубых/ – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения. 2005 – 44 с.

 

Табл. – 1, ил. – 36, список лит. – 5 назв.

 

Представлены конструкции проходческих щитов для строительства тоннелей в различных инженерно-геологических условиях.

Рассмотрены принципиальные схемы основных конструкций исполнительных органов, механизмов для возведения обделок и породопогрузочных устройств проходческих щитов.

Предназначено для студентов специальности “Мосты и транспортные тоннели”.

Учебное пособие подготовили: канд. техн. наук М.Ю.Соколов, канд. техн. наук А.Н.Коньков, канд. техн. наук Я.В.Мельник, инж. А.Б.Голубых

 

Рецензенты: зам. ген. дир. ОАО “ЛЕНМЕТРОГИПРОТРАНС”, доктор технических наук К.П.Безродный

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Передвижение щита осуществляется, в стандартном варианте, за счет работы гидравлических домкратов, которые жестко связаны с конструкцией щита, а их… Разработка грунта в забое, в зависимости от инженерно-геологических условий и… Процесс возведения обделки может предусматривать последнюю как в сборном, так и монолитном вариантах.

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЩИТОВОЙ ТЕХНИКИ

Изобретение проходческого щита возникло при решении задачи сооружения подводных тоннелей, и первый щит разрабатывался по заказу России для… Однако данный проект не был реализован в Санкт-Петербурге, но осуществился в… Практически проходческие щиты получили свое признание после придания им цилиндрической формы и использования в…

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ

1. По площади поперечного сечения:

- малого диаметра размером до 3200 мм. включительно;

- среднего диаметра размером от 3200 до 6000 мм. включительно;

- большого диаметра размером более 6000 мм.

2. По области использования:

- для проходки в неустойчивых водонасыщенных грунтах с коэффициентом крепости f < 1;

- для проходки в необводненных сыпучих песчаных грунтах с коэффициентом крепости f < 1;

- для проходки в необводненных грунтах с коэффициентом крепости f < 1;

- для проходки в грунтах с коэффициентом крепости f > 1.

3. По форме поперечного сечения:

- круговое;

- эллиптическое;

- прямоугольное;

- трапециидальное;

- сводчатое;

- любой конфигурации, соответствующей очертанию возводимой подземной выработки.

4. По степени механизации:

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

- частично механизированные (все процессы, кроме передвижки щита и возведения обделки, осуществляются вручную, степень механизации (25-30) %;

- механизированные (степень механизации (90-95) %).

5. По типу исполнительного органа:

- непрерывного действия;

- периодического действия.

6. По типу погрузочного органа:

- непрерывного действия;

- периодического действия.

7. По способу передвижки:

- отталкивающиеся от обделки;

- отталкивающиеся от распорного на грунты устройства;

- перемещающиеся за счет поочередного выдвижения секций.

8. По технологии изготовления и несущей способности:

- цельносварные (малого диаметра);

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

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

Возможно так же произвести классификацию проходческих щитов и по другим признакам, например по способу возведения обделки, и.т.п.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КОНСТРУКЦИЮ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ

- габариты и масса щитов малого диаметра, или механизмы и элементы конструкций щитов среднего и большого диаметров должны позволять их спуск по… - конструкция щитов должна обеспечивать минимальные временные затраты на их… - конструкция щита должна предполагать удобную и безопасную смену инструмента исполнительного органа;

НЕМЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И ЧАСТИЧНО МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ

Данные конструкции изготавливаются как с открытой [2] (рис. 4.1), так и закрытой головной частью. Щиты с открытой головной частью используются в самых разнообразных горно-геологических условиях в том числе в малоустойчивых грунтах естественной влажности. В последнем случае головная часть щита оснащается приспособлениями для реализации шандорного крепления [3], (рис. 4.2), либо жесткими площадками, разделяющими ее на ярусы для формирования нескольких более мелких осыпей, которые предотвращают самопроизвольное высыпание грунтов во внутреннюю область щита, или режущими решетками.

ИНСТРУМЕНТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ

Инструмент возможно подразделить на три группы [1]:

- пластинчатые резцы, для разрушения слабых грунтов (глины, супеси, пески, лесс) с коэффициентом крепости 0,5 < f < 1,2;

- стержневые резцы, для разрушения неаброзивных слабых и средней крепости грунтов с коэффициентом крепости 1 < f < (5 – 6);

- шарошечный инструмент, для разрушения грунтов средней крепости и крепких c коэффициентом крепости f ≥ (5 – 6).

На рис. 5.1 представлена конструкция стержневого резца [1].

На рис. 5.2 представлены конструкции шарошек [1].

МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ

Щиты с роторным исполнительным органом

Основные преимущества: - широкая область применения; - возможность, при необходимости, закрытия забоя;

Щиты с планетарным исполнительным органом

Данные конструкции предназначены для строительства тоннелей в сухих и плотных суглинках, глинах, мергелях и глинистых сланцах с коэффициентом… Число дисков обычно колеблется от двух до шести, количество резцов на дисках… На рис. 6.2.1 представлена конструкция исполнительного органа Ленинградского щита.

Щиты с качающимся исполнительным органом

Щиты с “лучами” на которые крепятся стержневые резцы либо шарошки применяются в грунтах с f > 1. Угол качания принимают равным или более углу между “лучами” исполнительного… На рис.6.3.1 представлены принципиальные схемы качающихся исполнительных органов [1].

Щиты с экскаваторным исполнительным органом

Основные преимущества: - поперечное сечение щита, практически, может быть любой формы; - возможность проникновения проходчиков к забою;

Щиты с исполнительным органом избирательного действия

Основные преимущества: - поперечное сечение щита, практически, может быть любой формы; - возможность проникновения проходчиков к забою;

Щиты с комбинированными площадками

Таким образом, щиты с комбинированными площадками возможно отнести к механизированным, так как: - конструкция площадок обеспечивает устойчивость (крепление) забоя; - разработка грунта осуществляется без применения ручного труда.

Щиты для строительства тоннелей в неустойчивых, водонасыщенных и плывунных грунтах

В ранние периоды развития щитовой техники при проходке немеханизированными щитами использовался кессонный способ, при котором крепление лба забоя и… На современном этапе развития тоннелестроения для проходки тоннелей в сложных… Пример щита с активным пригрузом забоя приведен на рис. 6.7.1. Подробно специализированные щитовые комплексы будут…

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ С МОНОЛИТНО-ПРЕССОВАННОЙ ОБДЕЛКОЙ

- плотный контакт с грунтовым массивом что приводит куменьшению осадок земной поверхности; - отпадает необходимость в нагнетании раствора в заобделочное пространство; … - ниже сметная стоимость строительства относительно других технологий в даной отрасли.

МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ СБОРНЫХ ОБДЕЛОК

В проходческих щитах малого диаметра крепеукладчики устанавливают, как правило, непосредственно в щите, а в щитах среднего и большого диаметра преобладает их монтаж в автономном варианте, на отдельной тележке, передвигающейся по лотку тоннеля или по кронштейнам, закрепленными на обделке тоннеля.

В общем случае по принципу действия монтажных устройств крепеукладчики возможно подразделить на рычажные и кольцевые.

Принципиальная схема рычажного крепеукладчика представлена на рис. 8.1

К конструкциям кольцевых укладчиков возможно отнести дуговые, кассетные, конвейерные (рис. 8.2) и.т.п.

ПОГРУЗОЧНЫЕ ОРГАНЫ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ

В немеханизированных и частично механизированных щитах разработанные грунты обычно грузят в отдельные вагонетки автономными породопогрузочными…

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ И СОПРОТИВЛЕНИЙ, ПРЕОДОЛЕВАЕМЫХ ИМИ ПРИ ПЕРЕДВИЖКЕ

В продольном направлении щит имеет, как правило, стандартную компоновку, предусматривающую наличие ножевого, опорного кольца, а также как правило,… Суммарное составляющее сопротивлений, преодолеваемых проходческим щитом при… W=W1+W2+W3+W4

УПРАВЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА

В этом случае для обозначения (закрепления) проектного направления применяют световые и ориентированные сигналы. Световой сигнал выполнен из… Для оперативного определения продольного уклона щита возможно использовать…

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ

Различают сеть высокого давления для привода щитовых домкратов при усилии рабочей жидкости более (350 – 400) кг/см² для проходки в слабых грунтах и (150 – 200) кг/см² в обычных условиях и сеть среднего давления (35 – 50) кг/см² для привода забойных и платформенных домкратов.

Принципиальная схема привода щитовых домкратов приведена на рис. 12.1 [5].

ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Комплексная механизация предусматривает параллельную технологию работ механизированным способом всех основных производственных процессов от забоя до готовой части обделки тоннеля. При этом, скорость проходки регламентируется используемой системой исполнительного органа щита и установленного на нем инструмента, остальное оборудование подбирается по производительности в отношении к указанным. Все вспомогательные работы выполняются параллельно с основными. Необходимый комплект оборудования для решения данной задачи принято называть щитовым механизированным комплексом.

Основная классификация проходческих щитовых комплексов представлена на (рис.13.1) [1].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Клорикьян В.Х., Ходош В.А. Горнопроходческие щиты и комплексы. М. “Недра”, 1977, 326 с.

2. Маковский Л.В. Городские подземные транспортные сооружения. М. “Стройиздат”, 1985, 439 с.

3. Голицынский Д.М. и др. Строительство тоннелей и метрополитенов. М. “Транспорт”, 1989, 319 с.

4. Волков В.П. и др. Тоннели и метрополитены. Изд. 2‑е перераб. и доп. М., Транспорт, 1975, 552 с.

5. Храпов В.Г. и др. Тоннели и метрополитены, М. “Транспорт”, 1989, 383с.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 3

1. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЩИТОВОЙ ТЕХНИКИ.. 4

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ.. 6

3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КОНСТРУКЦИЮ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ.. 7

4. НЕМЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И ЧАСТИЧНО МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ.. 8

5. ИНСТРУМЕНТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ.. 10

6. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ.. 11

6.1. Щиты с роторным исполнительным органом. 11

6.2. Щиты с планетарным исполнительным органом. 14

6.3. Щиты с качающимся исполнительным органом. 15

6.4. Щиты с экскаваторным исполнительным органом. 17

6.5. Щиты с исполнительным органом избирательного действия. 19

6.6. Щиты с комбинированными площадками. 21

6.7. Щиты для строительства тоннелей в неустойчивых, водонасыщенных и плывунных грунтах. 25

7. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ С МОНОЛИТНО-ПРЕССОВАННОЙ ОБДЕЛКОЙ.. 26

8. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ СБОРНЫХ ОБДЕЛОК.. 30

9. ПОГРУЗОЧНЫЕ ОРГАНЫ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ.. 31

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ И СОПРОТИВЛЕНИЙ, ПРЕОДОЛЕВАЕМЫХ ИМИ ПРИ ПЕРЕДВИЖКЕ 35

11. УПРАВЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА.. 37

12. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ.. 39

13. ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ.. 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 42