Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Как правило, делювиальный (паводковый) пласт образован из слоев гравия, песка, консолидированного алеврита и глины, которые сами стабилизируются. В данном случае отлично подходит использование проходческого щита с ручной выемкой. Аллювиальные пласты, образованные из песка, ила и глины, не могут сами собой стабилизироваться, поэтому необходимо прибегать к дополнительным мерам.

На рис. 1-3 показан японский проходческий щит ручной выемки Мицубиси диаметром 10.92 м. Данный щит имеет гидравлическую, подвижную рабочую полку и нагрудную пластину для механической поддержки рабочей поверхности, при помощи них можно производить выемку сверху вниз, а также последовательно заменять опорные домкраты. Выкопанный грунт загружается в экскаватор с помощью ленточного конвейера с нижней половины. Объем выкопанного грунта соответствует объему грунта, выгруженного из туннеля. Поперечное сечение щита ручной разработки может быть круглым, прямоугольным или подковообразным.

Рис. 1-3. Щит с ручной разработкой Мицубиси ? 10.92 м

Проходческий щит с ручной разработкой обладает следующими особенностями:

(1) Широкая область применения к пластам от песчаной до глинистой почвы.

(2) Поскольку передняя часть открыта, это облегчает устранение препятствий и способствует наблюдению за пластами грунта. Обвал передней части представляет угрозу как для рабочих, так и для техники.

(3) Стоимость изготовления такого щита невысокая, неполадки случаются редко, но скорость проходки и эффективность низкие, интенсивность труда высокая, высокий уровень шума, и стоимость рабочей силы велика. В настоящее время проходческие щиты с закрытой лицевой стороной, которые не опираются на вспомогательные конструкции, широко используются, за исключением отдельных особых случаев, таких как использование механизированных или полумеханизированных щитов для рытья неэкономичных туннелей с коротким расстоянием; забой с большим гравием и другие сложные случаи.

2) Полумеханический проходческий щит (выемка с частичным поперечным сечением)

Из-за низкой скорости проходки щита с ручной выемкой, а также плохих рабочих условий был разработан малозатратный и высокопроизводительный полумеханический щит, показанный на рис. 1-4.

Полумеханизированный щит является переходной моделью (между немеханизированным и механизированным), но он имеет больше сходств с немеханизированным проходческим щитом. Ниже приведены отличия полумеханического и немеханического проходческих щитов:

(1) Полумеханический щит предназначен для благоприятных пластов пород, в которых преобладают пролювиальные отложения песка, гравия, консолидированного алеврита и глины. Несмотря на то, что полумеханический щит также может применяться в мягких аллювиальных отложениях, его необходимо сочетать с методами сжатия воздуха или применять вспомогательную меру по понижению уровня грунтовых вод и улучшению грунтового основания.

Рис. 1-4. Полумеханические проходческие щиты

(2) Полумеханический щит представляет собой проходческий щит открытого типа, который оснащен специальными механическими приспособлениями для выемки грунта (например, ленточный или винтовой конвейер) или землеройной техникой с функциями проходки туннеля и выемки шлака вместо ручного труда. В том числе механическое копательное устройство может перемещаться вперед-назад, влево-вправо, вверх-вниз. Помимо этого, оснащено обратной лопатой экскаваторного исполнительного органа (ИО), фрезерной головкой, которые взаимозаменяемы либо каждая может сочетать обе функции.

(3) Верхняя часть полумеханического щита такая же, как и у щита с ручной разработкой. Она оснащена подвижным передним карнизом для предотвращения обрушения забоя, опорным домкратом и другими инструментами. Также часто применяется гидравлическое управление нагрудной пластиной. Нагрудная пластина размещается в отдельной области или на периферии корпуса щита, чтобы поддерживать забой туннеля.

(4) Полумеханический щит также подходит для прокладки туннеля с некруглым сечением. Щит, показанный на рис. 1-5, является щитом ECL (Extruded Concrete Lining) – экструдированная бетонная футеровка, которую использует японская железнодорожная компания Такасаки при строительстве линии высокоскоростных железных дорог Хокурику-синкансэн. То есть вместо традиционной футеровки из трубного листа заливается бетон. Экструдированная бетонная футеровка выполняется одновременно с прокладкой щита. Поперечное сечение данного туннеля имеет подковообразную форму. Длина туннеля составляет 3580 м, почва состоит из мягких и среднетвердых пород

Рис. 1-5. Щит с ручной разработкой Мицубиси ? 10.92 м

В зависимости от места установки оборудования для выемки грунта полумеханические щиты можно разделить на следующие типы:

(1) Нижняя часть забоя щита оснащена ковшом, фрезерной головкой и другими инструментами.