Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Щитовая проходка (Shield Machine) – оборудование для строительства туннелей, использующееся для закрытой проходки туннеля, имеющее металлический корпус. Корпус внутри оснащен целостным механизмом и вспомогательным оборудованием. Под прикрытием корпуса проходческого щита осуществляется выемка грунта, выгрузка грунтового шлака, продвижение целостного механизма и установка сегментов и другие работы, тем самым однократно формируя туннель, как показано на рис. 1-1.

Рис. 1-1. Внешний вид проходческого щита

Проходческий щит является специализированным механизмом строительства туннелей, используется для осуществления индустриальной работы по быстрому, безопасному и экологическому строительству. Современный проходческий щит соединяет в себе механические, электрические, гидравлические, сенсорные и информационные технологии, а также выполняет функции выемки и разрезки грунта, транспортировки грунтового шлака, собирания туннельной обделки, измерения и исправления неточностей и другие функции. Проходческие щиты уже широко используются при прокладке туннелей в метро, на железных дорогах, автомагистралях, в городском строительстве, гидроэнергетике и в других сферах.

Принцип работы проходческого щита заключается в том, что элемент стальной конструкции продвигается вдоль оси туннеля, продвигая за собой землю. Корпус этого элемента стальной конструкции называется корпусом проходческого щита. Он выполняет функции временной опоры для вырытого участка туннеля, также может выдержать давление почвенного слоя, подземных вод, изолирует подземные воды от внутренней части корпуса. Под прикрытием корпуса проходческого щита осуществляется прокладывание туннелей, отвал грунта, футеровка и другие операции.

1.1.2. Различие между щитовой проходкой и ТБМ (тоннельной бурильной машиной)

Проходческие щиты и проходческие машины также называют туннелепроходческими щитами. У английского названия «Tunnel Boring Machine» есть аббревиатура ТБМ. В странах Европы и США ТБМ относится к проходческим комбайнам в мягких грунтах и горных слоях. В Японии и Китае проходческие щиты обычно подразумевают проходческие комбайны в мягких слоях почвы, способные укреплять структуру пласта при рытье мягких слоев почвы, тогда как ТБМ обычно относят к проходческим комбайнам, предназначенным для работы с горными породами (рис. 1-2). Такие различия и неопределенность классификации в инженерных кругах, специализирующихся на прокладке туннелей, часто порождают недопонимание и путаницу, поэтому необходимо четко объяснить различие между щитовыми проходками и ТБМ.

Согласно китайскому привычному представлению, можно выделить три основных отличия проходческих щитов от ТБМ:

Рис. 1-2. Форма ТБМ

Первое отличие заключается в способе стабилизации забоя туннеля. Данный метод является важным аспектом в принципе работы проходческого щита, а также главным аспектом, отличающим щит от ТБМ. Метод щитовой проходки включает в себя следующие условия: стабилизация поверхности забоя, проходка туннеля и футеровка. Различие современных проходческих щитов и ТБМ заключается в том, что проходческий щит обладает такими функциями защиты забоя, как стабилизация давления в глине, земле. ТБМ, главным образом, применяется в горных породах, где вмещающая порода может быть самоустойчивой. Объектом проходки являются горные породы. ТБМ в отличие от проходческого щита не обладает функциями защиты забоя, такими как стабилизация давления в глине, земле, также не имеет механизма активной стабилизации поверхности забоя.

Второе отличие заключается в способе обеспечения движущей силы. Движущая сила в проходческом щите обеспечивается при помощи туннельных тюбингов. В то время как движущая сила ТБМ в основном достигается за счет силы трения в туннеле между опорной пятой и вмещающей породой.

Третье отличие состоит в форме резцовой головки. При вращении резцовая головка проходческого щита может вращаться в обоих направлениях, а у ТБМ обычно вращается только в одном направлении. В резцовой головке ТБМ не установлены отверстия, за исключением проходов для выкапывания и сбора горного шлака, а на его передней стороне установлены отверстия для удаления шлака с рабочей поверхности.