Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

2. Щит оснащен решеткой из стальной пластины спереди. В процессе продвижения срез решетки используется для сжатия и разрезки переднего грунта на мелкие куски. Сила трения между боковой областью разреза, уплотнительной пластиной, сетчатой решеткой и земляными массами уравновешивает боковое давление переднего пласта, чтобы достичь цели стабилизации забоя. Для него характерна простая конструкция, легкость в эксплуатации и несложность в удалении препятствий.

3. Срезанный грунт можно транспортировать при помощи поворотного диска, ленточного конвейера, шахтной тележки или гидравлического оборудования.

4. В передней решетке сетчатого экструзионного щита площадь отверстия небольшая. Он подходит для эксплуатации в мягких слоях глины и частично в алевритовых слоях. Метода локального давления может использоваться в шламовом призабойном отсеке для стабилизации передней части земляных масс или в водоносных пластах в сочетании с методами осушения пластов.

В сочетании с различными методами выемки грунта сетчатый экструзионный щит можно разделить на два вида: для сухой и водяной выемки. На рис. 1-9 показан механический щит с водяной выемкой сетчатого экструзионного типа.

1.2.2. Проходческий щит с воздушным пригрузом

Проходческий щит с воздушным пригрузом, или проходческий щит с балансом атмосферного давления (Air Pressure Balance) сокращенно называют проходческий щит APB. Но атмосферное давление не может прямо противостоять давлению почвы. Под воздействием атмосферного давления с естественной или механической поддержкой может косвенно уравновешиваться гидростатическое давление грунтовых вод и давление почвы. Способ выемки можно выбрать ручной или механический, а поперечное сечение может быть частичным или полным.

Рис. 1-9. Механический щит экструзионного типа

В соответствии с принципом работы проходческий щит с воздушным пригрузом должен иметь отсек под рабочим давлением. В более ранних проходческих щитах с воздушным пригрузом был закрыт длинный отсек под рабочим давлением между туннельным забоем и туннелем для остановки воды. Поэтому большинство работников часто находились в среде сжатого воздуха. Современный проходческий щит с воздушным пригрузом оснащен опорным давлением только в кабине экскаватора. Его также называют проходческим щитом с локальным атмосферным давлением (в Японии его называют «проходческим щитом с предельно сжатым воздухом»). Этот вид щита оснащен уплотнительным сепаратором, который может герметизировать забой и изолировать его от завершенного участка туннеля. Поэтому он может обеспечить безопасную эксплуатацию под атмосферным давлением. На рис. 1-10 показан японский 25-метровый проходческий щит с воздушным пригрузом Мицубиси диаметром 5.25 м, который отводит грунт через вращающуюся воронку шарового клапана и одновременно обеспечивает стабилизацию давления в забое. На рис. 1-11 показана фотография места выброса грунта с вращающейся воронки шарового клапана.

Рис. 1-10. Щит сжатого воздуха ? 5.25 м

Рис. 1-11. Дренаж с поворотной воронкой с шаровым клапаном

Проходческий щит сжатого воздуха подходит для глины, вязких песчаных почв и заполненных водой мягких слоев. При работе в непригодных пластах частицы грунта теряют равновесие из-за воздушного потока, и тонкий слой земляных масс в туннельном забое по причине утечки может спровоцировать «извержение». Проходческий щит сжатого воздуха из-за крайне неудовлетворительных условий работы заменен на проходческий щит с гидропригрузом.

1.2.3. Проходческий щит с грунтопригрузом

Передняя часть проходческого щита с грунтопригрузом (Earth Pressure Balance), сокращенно щит EPB, снабжена сепаратором, а отсек для выемки грунта отделен резцовой головкой, срезным кольцом, сепаратором и винтовым конвейером, как показано на рис. 1-12. Его принцип работы заключается в следующем: резцовая головка вращается, чтобы разрезать забой, а разбитый грунт попадает в отсек для грунта через отверстие в резцовой головке. Когда грунт попадает на дно грунтового отсека, он при помощи винтового конвейера транспортируется на ленточный конвейер, а затем к шлаковозу, припаркованному на трассе. Грунтовой отсек и винтовой конвейер заполнены срезанным грунтом и полагаются на тягу гидравлического цилиндра для создания давления в грунтовом отсеке при выемке шлака для того, чтобы грунтовое давление влияло на стабилизацию забоя. Кроме того, корпус щита выполняет временную защитную роль в вырытом без футеровки туннеле, выдерживает давление окружающего слоя грунта и грунтовых вод, а также изолирует подземные воды.

Рис. 1-12. Принцип работы щита с грунтопригрузом

Рис. 1-13. Щит с грунтопригрузом