Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Рис. 2-20. Рабочие органы для различных слоев

Районы с высоким содержанием окатанного гравия, верхние слои которых слабые, нижнетвердые, крайнетвердый слой и выветрелый пласт со сферической формы гранитом и другие сложные геологические слои относятся к зонам чрезвычайно повышенного урона. В данных районах содержание гравия превышает 50%, внутренний угол трения превышает или равняется 35°, содержание кварца высокое, находятся валуны с большими фракциями и высокой прочностью, предельная прочность при одноосном сжатии превышает 150 МПа. Среди потерь эффективности резцовой головки можно выделить следующие: повреждение вращающихся фрез, резцов, скребков, зазубренных ножей и центрального ножа. На резцовой головке должны быть вращающиеся фрезы, резцы, боковые скребковые установки и передние ножи, необходимо увеличить степень открытости, чтобы гравий после перемалывания проходил через резцовую головку, тем самым снизить износ режущих головок.

Зоны повышенного урона включают в себя широко распространенные гальку и круглую гальку, содержание гравия ниже 50%, внутренний угол трения 30–35°, высокое содержание кварца, с прослойками валунов, достаточно высокая предельная прочность при одноосном сжатии горных пород (больше или равно 100 МПа). Резцовой головке, снабженной вращающимися фрезами или резцами, необходимо увеличить степень открытости, тем самым позволяя проходить через кольцо породам с большими фракциями, чтобы снизить износ ножей.

В зонах со средним уровнем содержания гравия средней фракции 20–30%; высокое содержание глинистых частиц в пылеватом глинистом слое, поэтому легко может образоваться глиняная корка в центре рабочего органа, тем самым подвергнуть оборудование клинообразному износу. Среди потерь эффективности резцовой головки в таких районах можно выделить следующие: клинообразный износ вращающихся фрез, разрыв ножевого кольца, опадение скребковой установки. В данных районах на резцовой головке должны быть главным образом резцы и скребки, иногда вращающиеся резцы, благодаря корректировке степени открытости можно осуществить проход гравия больших фракций через резцовую головку, тем самым снизить урон режущим головкам.

В районах с низким износом содержатся главным образом глинистые грунты, которые очень часто однородны и редко содержат или вообще не содержат крупнозернистый грунт, галька может быть заложена очень глубоко. Проходческий щит в таких грунтах легко разрабатывает породы и продвигается вперед, его нагрузки равномерно распределены. В этом районе возникают глинистые корки в центре резцовой головки, клинообразные износы ножей. Главным образом среди ножей встречаются скребки. Часто при производстве работ применяются материалы, улучшающие свойства грунтов, чтобы избежать формирования глинистой корки и потери стабильности при разработке пород, тем самым снижая риск возможного урона режущим ножам.

Одновременно с контролем производства работ необходимо отрегулировать параметры проходки в соответствии с геологическими условиями. При «слепой» или «своевольной» проходке возможно нанесение ущерба оборудованию, а также возникновение поломок.

2) Умение выбросить.

При осуществлении проходки необходимо рационально спроектировать винтовой конвейер (для ТПМК с грунтопригрузом) и системы разделения бетонного раствора (ТПМК с гидропригрузом). Эффективность производства работ проходкой не только заключается в эффективности разработки пород резцовой головкой, но также обретает ключевую важность и возможность быстро вывести разработанный грунт, поэтому при проектировании щита необходимо полноценно продумать способ шлакоудаления. Например, в водонасыщенных слоях лучше применять шнековый транспортер осевого типа (в нижней части или в хвосте находится затворка, откуда выбрасывается разработанный грунт). При большом количестве разработанного грунта можно не использовать ленточный конвейер для выброса, а взамен применять систему перекачки разработанного грунта с поддержкой давления; в слабых и песчаных грунтах использовать лучше шнековый транспортер осевого типа (в нижней части находится затворка, откуда выбрасывается разработанный грунт); в слоях с гравием больших фракций можно применять ленточный шнек для выброса грунта. С этой точки зрения улучшение разработанного грунта, циркуляция глиняной смеси и смыв будут играть ключевую роль.

3) Умение устоять.

При производстве работ щитовой проходкой главными условиями являются устойчивость забоя и обеспечение согласованности между давлением пригруза и давлением воды в геологических слоях. Недостаток и колебания давления пригруза часто являются причинами обрушения забоя. Чтобы обеспечить устойчивость забоя, необходимо обладать системой улучшения разработанного грунта, в которую входят система пеногенерирования, система бентонитовой глины, система добавления глинистого раствора, система полимеров.