Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Участки щитового строительства обычно длинные, и сложность инженерной геологии в основном отражается в изменчивости свойств окружающих пород и инженерно-геологических характеристик. На участке строительства щита или на участке подряда на строительство щита условия строительства некоторых участков подходят для щита с балансом давления грунта, но некоторые участки подходят для щита с балансом глинистой воды. Выбор щита должен быть обдуманным, а наилучший вариант должен быть выбран после анализа рисков различных вариантов.

В соответствии с механизмом балансировки забоя котлована, использование щитов с балансом глинистой воды более эффективно, чем щиты с балансом давления грунта, с точки зрения поддержания стабильности забоя котлована и контроля осадки грунта, особенно при работе под водоемами, под зданиями или сооружениями, а также в мягких и твердых пластах. В этих особых условиях безопасность строительного процесса является чрезвычайно важным выбором при выборе щита, а использование грязевых и водяных щитов может также снизить строительные риски, вызванные большими колебаниями геологии.

В случаях, когда ни щиты с балансом давления грунта, ни щиты с балансом глинистой воды не могут удовлетворить требованиям устойчивости поверхности забоя, следует рассмотреть возможность применения многорежимных щитов.

3.2.4. Расчет нагрузки на щит

Расчет механических параметров для щитовой проходки является очень сложным вопросом, на который влияет целый ряд факторов, таких как геологические факторы, методы улучшения грунта и параметры проходки. В процессе выбора щита очень важен расчет основных технических параметров, таких как крутящий момент фрезы и тяга двигательной установки.

1) Давление грунта

Давление грунта является одной из важных нагрузок, которые необходимо учитывать при проектировании оболочки щита, при этом необходимо учитывать как статическое, так и динамическое давление грунта. В процессе выемки грунта возникает очень сложное динамическое давление грунта из-за выемки и опоры, в то же время существуют различные степени перекопа (избыточной экскавации) и криволинейные участки забоя. Давление грунта, действующее на оболочку щита, является сложным и трудно поддается точному расчету, но расчеты могут быть выполнены обычным способом. Влияние воды должно учитываться следующим образом в зависимости от условий окружающей породы, то есть почва и вода должны быть разделены или вода должна рассчитываться как часть почвы.

Вертикальное давление грунта можно рассматривать как равномерную нагрузку, действующую на верхнюю часть оболочки щита. Величина вертикального давления грунта связана с толщиной обделки туннеля, формой поперечного сечения туннеля, внешним диаметром и состоянием породы. Горизонтальное давление грунта действует на обе стороны оболочки щита и может рассматриваться как распределенная нагрузка, действующая горизонтально. Величина горизонтального давления грунта рассчитывается на основе коэффициентов вертикального давления грунта и бокового давления грунта. Устойчивость фундамента к деформации может не учитываться при проектировании оболочки щита.

2) Гидравлическое давление

Уровень грунтовых вод следует определять с учетом его изменений во время строительства при проектировании щитового корпуса. Гидравлическое давление в вертикальном направлении можно рассматривать как равномерно распределенную нагрузку. Давление воды, действующее на верхнюю часть щита, равно гидростатическому давлению, действующему на его вершину; давление воды, действующее на нижнюю часть щита, равно гидростатическому давлению, действующему в самой нижней точке щита. Гидравлическое давление в горизонтальном направлении можно рассматривать как распределенную нагрузку. Величина давления воды в горизонтальном направлении равна вертикальному гидростатическому давлению в соответствующей точке.

3) Собственный вес щита В дополнение к собственному весу основного корпуса щита при проектировании оболочки щита следует также учитывать силы реакции грунта, создаваемые собственным весом основного корпуса щита. Сила реакции на грунт, создаваемая собственным весом корпуса щита, может быть рассчитана по формуле 3-1:

(3-1),

где: P g – сила реакции грунта, создаваемая собственным весом корпуса щита (кH/м2);

W – сила тяжести корпуса щита (кН);

D – внешний диаметр корпуса щита (м);

L – длина корпуса щита (м).

Собственный вес – это вертикальная нагрузка, распределенная вдоль оси корпуса щита.

4) Нагрузка вскрышных пород