Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Нагрузка вскрышных пород – это напряжение на почву, вызванное нагрузкой, действующей на поверхность земли или силой реакции фундамента здания и т. д. Влияние нагрузки вскрышных пород на конструкцию щитовой оболочки уменьшается с увеличением глубины. Можно предположить, что влияние нагрузки от вскрышных пород на давление грунта, действующее на оболочку щита, также уменьшается по мере увеличения расстояния от точки приложения нагрузки.

Влияние нагрузки от вскрышных пород на давление на грунт может меняться в зависимости от величины нагрузки, формы фундамента, толщины вскрышных пород от нижней границы фундамента здания и характеристик грунта, что затрудняет точное определение. Влияние нагрузки вскрышных пород на щит может быть рассчитано по формуле Буссинеска в механике упругости или численно с использованием метода конечных элементов.

5) Переменная нагрузка

Когда щитовая машина прокладывает туннель или корректирует направление в криволинейной части туннеля, щитовая оболочка подвергается сопротивлению фундамента со стороны окружающей породы в равновесии с эксцентриковой тягой, что называется переменной нагрузкой. Величина и распределение переменной нагрузки зависят от условий, но максимальное значение обычно имеет сопротивление фундамента, когда пассивное давление грунта приложено к половине щитовой оболочки или когда силовой цилиндр используется для продвижения только половины щитовой оболочки. Диаграмма переменной нагрузки показана на рис. 3-10. Пример расчета переменной нагрузки показан на рис. 3-11. Для щита с балансом давления грунта давление перед забоем является давлением грунта; для щита с балансом глинистой воды с высокой концентрацией глинистого раствора давление перед забоем – это давление глинистого раствора. Для щита с балансом глинистой воды давлением глинистого раствора перед забоем является давление глинистого раствора (пены) и давление грунта. Для щитов с ручной выемкой или щитов закрытого типа давление перед забоем – это силовой гидравлический цилиндр подпорной пластины на решетке. Противодействующей силой является гидравлический цилиндр фиксатора на решетке.

Давление перед забоем – это нагрузка, действующая на стенку земляной камеры (барокамера) (поперечное уплотнение между срезным кольцом и опорным кольцом), а также на арматурные балки опорного кольца, колонны, рабочей платформы и т. д.

Тяга гидроцилиндров, необходимая для поддержания устойчивости поверхности забоя, передается через стенки грунтового отсека рабочей среде (воздух, грунтовый раствор, грунт) внутри отсека. Максимальное избыточное давление рабочей среды в грунтовом отсеке обычно составляет 3 x 105 Па, и может быть больше 3 x 105 Па, если существуют специальные требования, но когда ремонтный персонал должен проводить работы с газом под давлением в грунтовом отсеке, следует использовать подходящее значение избыточного давления согласно соответствующим требованиям. Расчетная нагрузка перегородки под давлением отражена в таблице 3-4.

Рис. 3-10. Диаграмма нагрузки при общем методе расчета

Рис.3-11. Пример расчета переменных нагрузок

p1 – вертикальное давление на грунт;

p g – сила реакции собственного веса щита;

Q 1 – горизонтальное давление на грунт, равнодействующее гидростатическое давление в верхней части туннеля;

Q 2 – горизонтальное давление на грунт, равнодействующее гидростатическое давление в нижней части туннеля

q – переменная нагрузка;

q1 , q2 – переменная нагрузка на обоих концах рассчитываемой детали, равнодействующее гидростатическое давление;

Примечание: q = (q1 + q2 ) / 2.

Таблица 3-4. Расчетные нагрузки для напорных земляных перемычек

3.2.5. Проектирование основных параметров

1) Внешний диаметр оболочки щита D

Наружный диаметр оболочки щита равен наружному диаметру основного корпуса щитового блока, за исключением выступающих частей (например, инструментов для избыточной экскавации, трубопровод для послестенной цементации и т. д.). Диапазон экскавации инструментов для избыточной экскавации показан на рис. 3-12.

Рис. 3-12. Диапазон экскавации инструментов для избыточной экскавации

Наружный диаметр оболочки щита (D) должен быть рассчитан на основе наружного диаметра кольца футерованного тюбинга (D0), толщины хвостовой пластины щита (t) и зазора (b) между внутренней поверхностью стенки хвостовой пластины щита и внешней поверхностью стенки кольца футерованного тюбинга, то есть:

(3-2),

Минимальное допустимое отклонение, необходимое для контроля ориентации при прокладке туннелей в изогнутых щитовых конструкциях, можно рассчитать по следующему уравнению:

(3-3)