Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Для щитов, выкапывающих вручную, длина опорного кольца LG определяется длиной силового гидроцилиндра и требуемым ходом штока поршня, то есть связана с шириной кольца футеровочного тюбинга. Для щитов из композитных пластов LG не только учитывает длину силового гидроцилиндра и требуемый ход штока поршня, но также учитывает требования к осевому положению установки такого оборудования, как главный подшипник лопасти, приводное устройство, центральное гибочное устройство, шлюз и шлакоразгрузчик шнекового типа.

Длина щитового хвоста LT зависит от ширины кольца футерованного тюбинга и формы конструкции. LT должен вмещать от 2 до 2.5 колец футерованного тюбинга, чтобы в случае повреждения части кольца футерованного тюбинга его можно было отремонтировать в третьем кольце. Кроме того, при большой глубине заложения и высоком давлении воды хвостовая часть щита должна иметь достаточную длину для установки уплотнения хвостовой части щита, чтобы обеспечить хорошую водонепроницаемость на поверхности вырытого туннеля.

(3-5),

где: LJ – длина упорного устройства на конце штока силового гидроцилиндра (мм);

Ls – ширина футерованного тюбинга, покрытого хвостовой частью щита (мм);

LP – длина установки хвостового уплотнения щита (мм);

C – допустимое отклонение при установке футерованного тюбинга; обычно C = 100 – 150 мм (для футеровочных колец с аксиально вставленными уплотнительными блоками длина может быть увеличена в зависимости от угла вставки аксиально вставленных уплотнительных блоков);

C' – другие допустимые отклонения (мм).

4) Сила тяжести щита W

Сила тяжести щита – это сумма тяжести всего оборудования, установленного в корпусе щита, отвала, силового гидроцилиндра, шарнирного гидроцилиндра, трубоукладчика, кабины оператора, винтового конвейера (камнедробилки и линии подачи и выгрузки глины для щитов с балансом глинистой воды) и т. д. В общем, взаимосвязь между силой тяжести щита (W) и диаметром щита (D) выглядит следующим образом:

(1) Для щитов, выкопанных вручную или полумеханических щитов:

(3-6),

(2) Для механических щитов:

(3-7),

(3) Для щитов с балансом глинистой воды:

(3-8),

(4) Для щитов с балансом давления грунта:

(3-9),

где: D – внешний диаметр щита (м);

W – сила тяжести основного каркаса щита (кН).

5) Движущая сила щита Fe

При проектировании движительной установки (пропульсивной установки) щита рассматриваются следующие основные элементы сопротивления:

Сопротивление оболочки щита окружающим пластам во время продвижения щита – F1, сопротивление продвижению лопастной панели – F2, сопротивление трению между тюбингом и хвостовой частью щита – F3, сопротивление проникновению срезного кольца в пласт – F4, сопротивление повороту (конструкция кривой и отклонение) – F5, буксировочное сопротивление соответствующего прицепа после буксировки – F6. Тяга должна быть с достаточным запасом, общая тяга обычно в 1.5 – 2 раза больше общего сопротивления.

(3-10),

где: F e– суммарная тяга щитового оборудования (кН);

A – коэффициент запаса прочности, обычно от 1.5 до 2:

F d – общее сопротивление продвижению щита, Fd = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6.

Иногда Fd также можно оценить по следующей формуле:

(3-11),

где: D – внешний диаметр щита (м).

P J– эмпирическая тяга на единицу вынимаемой поверхности, то есть удельная тяга; обычно 700 – 1100 кН·м2 для открытых щитов и 1000 – 1500 кН·м2 для щитов с закрытым забоем.

(1) Периферийная сила реакции во время продвижения щита F1

1. Для песчаной почвы:

(3-12),

где: F1 – сила периферийной реакции при продвижении щита, то есть сопротивление трения между корпусом щита и окружающими пластами (кН).

D – внешний диаметр щита (м);

L – общая длина щита (м);

P e – сила вертикального давления грунта, действующая на верхнюю часть щита (кПа);

K – коэффициент статического давления грунта на забой;

? – плавающий вес грунта на забое (кН·м3);

?1 – коэффициент трения между пластом и оболочкой щита; обычно принимается равным ?1 = 1/2 tan?, где ? – угол трения в почве;

W – сила тяжести основного каркаса щита (кН).

Его также можно оценить по следующей формуле:

(3-13),

где F1 – периферийная сила реакции во время продвижения щита (кН);

?1 – коэффициент трения между пластами и корпусом щита;

D – внешний диаметр щита (м);

L – общая длина корпуса щита (м);

P m – среднее давление грунта, действующее на щит (кПа);

W – Сила тяжести основного каркаса щита (кН).

2. Для глинистых почв

(3-14),

где: D – внешний диаметр щита (м);

L – общая длина корпуса щита (м);

C – связность грунта на забое (кПа).

(2) Сопротивление продвижению режущей пластины F2

Для ручных и полумеханических щитов сопротивление движению в основном представляет собой силу реакции опоры на поверхности забоя, а для механических и закрытых щитов – это сопротивление движению, действующее на резец, и давление в почвенном отсеке, соответственно, рассчитываемое по следующему уравнению:

(3-15),

где F2 – сопротивление продвижению лопастной панели (кН);

D – внешний диаметр щита (м);