Проходка перегонных тоннелей со сборными обделками с помощью механизированных комплексов

Проходка с использованием частично механизированных комплексов. Комплекс оборудования КМ-22 (КМ-34) обеспечивает разработку забоя в породах средней крепости ручным инструментом (отбойным молотком, гидроклином) или взрывным способом, уборку и погрузку породы, монтаж элементов тоннельной обделки, приготовление раствора и его нагнетания за обделку.

Перегородки внутри проходческого щита расположены так, что в него может быть введена погрузочная машина, а работающим обеспечен удобный доступ к любой части забоя. Разработку забоя ведут с выдвижных платформ щита последовательно по ярусам, начиная с верхнего. При коэффициенте крепости пород f_кр<1 разработку ведут ручным инструментом, при 1< f_кр<2 породу разрабатывают отбойными молотками, при f_кр>2 применяют буровзрывной способ.

Лоб забоя крепят дощатыми щитами или отдельными досками, прижимая их к забою через вертикальные бруски забойными гидроцилиндрами.

При щитовой проходке пород различной крепости сначала разрабатывают отбойными молотками более слабую породу по всему сечению тоннеля на одну заходку, крепят разработанную часть забоя щитками или досками, прижимая их гидроцилиндрами, а затем ведут взрывание более крепких пород.

В разработанное пространство вводят щит, освобождая место для монтажа очередного кольца обделки, который выполняют с помощью укладчика обделки, расположенного сразу после щита. Каждый элемент обделки —снимают с тележки и устанавливают на

место с помощью захвата, находящегося на конце выдвижной штанги рычага укладчика. Кольцо обделки начинают собирать с установки лоткового элемента (блока или тюбинга), последующие элементы обделки устанавливают поочередно с правой и левой стороны от лоткового элемента. Штангу рычага укладчика опускают так, чтобы ее захват находился над средним ребром тюбинга. Предварительно вынув из отверстия захвата «палец» (штырь), штангу опускают и, совместив отверстие в захвате с монтажным отверстием в среднем ребре тюбинга, вставляют «палец» в оба отверстия. Применять вместо «пальца» пики отбойных молотков, рукоятки ключей, монтажные оправки и т. д. запрещено.

Уменьшая вылет штанги рычага укладчика на 20-25 см, тюбинг поднимают, чтобы выкатить из-под него блокотюбинговозку. После подъема тюбинг отклоняют вправо или влево в зависимости от принятой перевязки швов кольца и опускают на место установки таким образом, чтобы болтовые отверстия устанавливаемого тюбинга совпали с отверстиями смежного тюбинга предыдущего кольца. Сборку колец с перевязкой обеспечивают смещением тюбингов монтируемого кольца на два болтовых отверстия в поперечных бортах. В крайние болтовые отверстия в боковых бортах тюбинга вставляют конические оправки, центрируют болтовые отверстия. В средние отверстия устанавливают болты и плотно их затягивают. После этого оправки в крайних отверстиях заменяют болтами.

Последующие тюбинги устанавливают в том же порядке, только теперь и в торцовые болтовые отверстия вставляют оправки. При сболчивании тюбингов необходимо внимательно следить за правильным положением сболчивателя на гайке.

Строповка блоков железобетонной сборной обделки осуществляется с использованием специального захвата. При монтаже обделки применяют фиксирующие шпильки, которые вставляют в специальные углубления по торцам ранее уложенного блока до начала монтажа последующего. В местах примыкания нормальных блоков к замковому вкладышу шпильки не ставят.

Лотковый (первый) блок монтируют с особой тщательностью, обеспечив прижатие его к ранее уложенному кольцу. Поверхность породы под лотковым блоком хорошо выравнивают. Лишь после этого укладывают блок и путем подклинки придают ему проектное положение. Положение блока относительно оси тоннеля в плане и профиле выверяют с участием маркшейдера.

Монтаж предлотковых блоков при проходке без щита ведут с использсбанием деревянных подкладок, пустоты за блоками закладывают породой. Последующие блоки устанавливают с использованием для их поддержки выдвижных балок укладчика.

При проходке тоннелей мелкого заложения в песках применяют щиты с горизонтальными рассекающими площадками (перегородками), исключающими временное крепление лба забоя. Щит вдавливают в песок, разрабатывая его лишь в боко-вых ячейках, одновременно в верхнем и нижних ярусах. В зависимости от состояния грунта в забое можно .применять временную дощатую крепь.

При вдавливании такого щита в открытый забой на горизонтальные рассекающие площадки каждого яруса из забоя осыпается грунт. Осыпавшийся грунт площадки находится под углом естественного откоса, поэтому крепить забой не нужно.

Щитовую проходку под сжатым воздухом осуществляют без перерывов и, как правило, глухим забоем. Существует два способа разработки забоя — последовательный и параллельный.

При последовательном способе разработку грунта в забое ведут одновременно во всех ячейках одного яруса щита, начиная с верхнего. Забой перекрепляют одновременно с выемкой грунта, соблюдая меры предосторожности. В песчаио-плывунных грунтах разработку забоя ведут под защитой аванбека или других устройств, крепящих кровлю забоя (гребенка из рельсов, металлический козырек и т. д.). Желательно, чтобы аванбек щита или гребенка были вдавлены в грунт. Это увеличивает устойчивость забоя и предотвращает внезапные вывалы в кровле забоя. Крепление забоя в песчано-плывунных грунтах выполняют с особой тщательностью с применением шандорной крепи (инвентарные марчеваны из брусьев, плотно пригнанные друг к другу, уложенные горизонтально и раскрепленные на корпус щита). Шандорная крепь удерживается забойными гидроцилиндрами. Снимая одну или две шандоры, выбирают порцию грунта и устанавливают снятые шандоры на новое место, раскрепляя их гидроцилиндрами. Такой способ разработки и крепления забоя трудоемок, требует высокой квалификации проходчиков.

Параллельный способ разработки забоя применяют при проходке в неустойчивых грунтах (песках и песчано-глинистых грунтах). На горизонтальных перегородках щита устанавливают разделительные устройства — балки или листы. В процессе разработки грунта щит вдавливают в грунт, а крепление забоя и выемку грунта ведут под прикрытием разделительных устройств одновременно в нескольких ярусах.

Способ продавливания обделки позволяет вести проходку тоннелей мелкого заложения в песчаных, супесчаных и суглинистых породах под транспортными магистралями и подземными коммуникациями без перерыва движения и перекладки коммуникаций.

Работы этим способом выполняют с помощью комплекса оборудования (рис. 135), состоящего из ножевой (головной) секции 2, силовой установки 9, комплектов электро— и гидрооборудования, которые монтируют в котловане, отрытом в начале тоннеля. Ножевая секция представляет собой передвижную крепь в виде ноже-опорного кольца с горизонтальными и вертикальными перегородками. Ее монтируют перед первым кольцом обделки, продавливаемой в грунт силовой установкой, состоящей из нескольких секций (групп) щитовых гидроцилиндров, соединенных с кольцевой металлоконструкцией. Штоки гидроцилиндров соединены с распределительным кольцом, закрепленным на четырех гидроцилиндрах.

После вдавливания установленной на лоток ножевой секции в породу убирают штоки гидроцилиндров основной группы, в котлован опускают элементы обделки, монтируют из них кольцо обделки и задавливают его в породу. В образовавшемся зазоре монтируют очередное кольцо, и цикл продавливания повторяют. В зоне ножевой секции породу разрабатывают ручным инструментом и грузят ее в вагонетки породопогрузочной машиной.

В последние годы созданы комплексы (агрегаты) КПТ-М и КМ-35, обеспечивающие продавливание обделки тоннелей в породу на 50 м и более. В состав этих комплексов дополнительно введена промежуточная силовая секция. Введение ножевой секции в породу и лродавливание ее на 20-25 м смонтированной тюбинговой обделки выполняют основной силовой секцией. Затем для увеличения усилия продавливания в работу вводят промежуточную силовую секцию. В зависимости от протяженности продавливаемого тоннеля число промежуточных секций увеличивают. Для уменьшения трения при продавливании в зазор между обделкой и породой нагнетают раствор бентонитовой глины.

Рис. 135. Комплекс оборудования для продавливания тоннельной обделки:
1 — рассекающие площадки; 2 — ножевая секция; 3 — обделка тоннеля; 4 — грузоподъемный кран; 5 — бетонная обойма для упора гидроцилиндров; 6 — опалубка обоймы; 7 — опорное кольцо с гнездами для гидроцилиндров; 8 — вагонетка; 9 — силовая установка; 10 — распределительное кольцо; 11 — монтируемое кольцо обделки; 12 — откаточный путь

Особенность способа проходки тоннелей продавливанием по сравнению с проходкой с использованием механизированных щитов состоит в том, что кольцевая опорная конструкция, оборудованная гидровдлиндрами, остается неподвижной в монтажной камере. Ножевая часть щита заменена специальной режущей ножевой конструкцией (секцией), внедряющейся в породу забоя. Ножевая секция оснащена рассекающими горизонтальными площадками и продвигается вместе с собираемой за ней обделкой. При продавливании ножевой секции в песчаные грунты разработку в забое, как правило, не ведут, грунт с площадок поступает в лотковую часть тоннеля в процессе продавливания обделки.

Проходку параллельных тоннелей ведут последовательно, продавливая второй тоннель после окончания первого.

Для приема проходческого агрегата после окончания проходки на противоположном конце участка открытым способом сооружают демонтажную камеру.

Проходка с помощью механизированных комплексов. Механизированный комплекс КТ 1-5,6 позволяет совместить разработку забоя с выдачей породы и монтажом сборной обделки, что сокращает общие затраты времени. Цикл работ по проходке тоннеля начинают с разработки породы. Режущим органом щита забой разрабатывают на 0,5 м, после чего с помощью гидроцилиндров передвигают щит с надвижкой режущего органа на забой.

Одновременно с резанием порода с лотка забоя захватывается ковшами рабочего органа и в верхней части его разгружается на щитовой, затем основной конвейер (транспортер) и попадает в раздаточный бункер. Перекидной фартук бункера позволяет грузить вагонетки, стоящие по обе стороны транспортного моста, без расцепления составов. Под мостом на технологической платформе устанавливают два состава из 12 вагонеток каждый. Для вывозки Грунта при проходке 1 м тоннеля необходимы 30-32 вагонетки вместимостью 1,5 м³ каждая. После передвижки щита на 0,5 м разрабатывают очередную полуметровую заходку. После второй передвижки щита образуется зазор в 1 м, необходимый для монтажа очередного кольца обделки.

Цикл работ по монтажу кольца обделки начинают с окончательного обжатия предыдущего кольца с омоноличиванием лотковых блоков. Затем электроталью (тельфером) подают блоки нового кольца обделки в лотковую часть разомкнутого кольца укладчика. Вначале монтируют два лотковых блока, оставляя между ними зазор (нишу), в который устанавливают распорные гидроцилиндры. После этого два проходчика устанавливают блоки в кассету укладчика, закрепляют захваты, устанавливают в торцы блоков соединительные металлические шпильки и продвигают блок по кольцу укладчика (поочередно вправо и влево от лотковой части до полного укомплектования кольца обделки, т. е. до смыкания колец в шелыге свода).

Затем с помощью распорных гидроцилиндров, установленных в нише, образованной двумя совмещенными лотковыми блоками, выполняют первоначальное обжатие обделки с плотным прижатием ее к оболочке щита.

Окончательное обжатие выполняют после схода кольца обделки с оболочки на грунт выработки. По окончании обжатия между лотковыми блоками устанавливают клиновидные вкладыши, удаляют распорные гидроцилиндры, устанавливают центральный вкладыш и омоноличивают лотковые блоки. При этом обеспечивается надежная фиксация кольца в разжатом состоянии.

Обжатие кольца обделки в грунт ликвидирует строительный зазор, исключает процесс первичного нагнетания за обделку тоннеля, что обеспечивает высокие скорости проходки, экономию материалов и трудовых затрат, включение грунтового массива (без его осадок) в статическую работу одновременно с обделкой.

Механизированный комплекс КМ-24 предназначен для проходки перегонных тоннелей в смешанных устойчивых грунтах с коэффициентом крепости от 1,5 до 6 (в суглинках, вязких и плотных глинах, легких песчаниках, трещиноватых известняках).

Цикл работ по проходке тоннеля начинают с разработки забоя. Режущим механизмом щита забой разрабатывают на 350 мм, после чего исполнительный орган возвращают в исходное положение, а щит продвигают в разработанную часть забоя, используя систему гидроцилиндров, пяты которых упираются в торцовую поверхность ранее собранного кольца обделки тоннеля. Разработанный грунт с лотка забоя захватывается ковшами режущего механизма и сгружается на щитовой конвейер, а с него — на тоннельный (выдачной), откуда попадает в раздаточный бункер для загрузки вагойеток. Электровозом составы из восьми груженых вагонеток доставляются к стволу. После передвижки щита и на-движки режущего механизма забой разрабатывают повторно. Выполняют четыре таких цикла разработки на каждый пройденный метр тоннеля, после чего под защитой оболочки за опорным кольцом щита освобождают место для монтажа очередного кольца обделки.

После завершения монтажа кольца обделки тоннеля комплекс передвигают с помощью гидроцилиндров укладчика, к которому подсоединены технологические шлатформы.

Проходка в смешанных породах. Для сооружения тоннелей в смешанных породах (песках, супесях, суглинках, глинах и твердых породах типа известняков) применяют механизированный комплекс КТ-5, 6Д2. В состав комплекса входят механизированный щит со сменными рабочими органами избирательного действия и средством для удержания забоя, погрузочная машина, скребковый и ленточный конвейеры (транспортеры), транспортный мост с ленточным конвейером, рольганг, укладчик, кран-перегружатель, устройство для обжатия обделки, технологическая платформа с двумя путями узкой колеи, оборудование для нагнетания раствора, система пылеподавления и устройство для монтажа и демонтажа сменных частей щита. Для увеличения жесткости, корпуса щита, размещения рабочих органов и управления передвижением внутри корпуса щита установлены верхняя и нижняя перегородки.

В зависимости от геологических условий щит может быть оборудован фрезерным и экскаваторным рабочими органами и рассекающими .площадками. Предусмотрена возможность замены одного органа другим в процессе сооружения тоннеля без демонтажа щита.

Экскаваторный рабочий орган монтируют в комплексе с забойной перегородкой и выдвижной забойной площадкой. Возможен вариант использования экскаваторного органа в комплексе с рассекающими площадками. В этом случае порода при подаче щита на забой находится на площадках под углом естественного откоса, что препятствует дальнейшему обрушению лба забоя. При работе экскаваторного органа порода с площадок подается HIM на погрузочную машину. Для проходки в твердых породах используют фрезерный рабочий орган. Для получения выработки круглого сечения при разработке забоя фрезерным органом в ножевом кольце щита установлено копирное кольцо. При разработке пород щитом для удержания сводовой части забоя от обрушения служат выдвижные шандоры с ходом 600 мм.

Комплекс обеспечивает механизированное сооружение тоннелей мелкого и глубокого заложения с возведением сборной обделки из сборных железобетонных блоков с нагнетанием раствора за обделку, из сборных железобетонных блоков с обжатием обделки в породный массив, из чугунных тюбингов.

В зависимости от инженерно-геологических условий комплекс оборудуют:

экскаваторным органом — при работе в супесях, суглинках, глинах с включениями гравия, гальки, валунов;

фрезерным органом — при работе в твердых глинах, известняках, мергелях, песчаниках и т. д.;

горизонтальными рассекающими площадками (с возможным использованием экскаваторного рабочего органа)-при работе в песках, супесях, насыпных грунтах и т. д.

За щитом расположен укладчик обделки, через центральный проем которого проходит транспортный мост. К укладчику поочередно подсоединяют платформы, на которых расположено технологическое и электрическое оборудование. На платформах уложены два рельсовых пути для размещения подвижного состава. На торце последней секции транспортного моста установлены троллейные барабаны.

Разработанная порода с помощью погрузочной машины подается из забоя на приемную секцию скребкового конвейера, затем на ленточный конвейер транспортного моста, откуда через погрузочную воронку с перекидным шибером, позволяющим грузить породу на оба пути, поступает в вагонетки.

Обделку доставляют на блоко— и тюбинговозках и краном-перегружателем подают на рольганг, который транспортирует ее к захватам рычага блокоукладчика.

Обжимаемую в породу сборную железобетонную обделку тоннеля монтируют в такой последовательности: первым устанавливают лотковый блок, в гнезда уложенного лоткового блока ставят распорные гидроцилиндры, затем почередно с правой и левой стороны монтируют остальные блоки обделки. В стыке блоков устанавливают по две металлические шпильки. Блоки обделки, монтируемые выше оси щита, до установки замкового блока поддерживают выдвижными балками.

Включением распорных гидроцилиндров выполняют первичное обжатие кольца обделки в пределах оболочки щита до смыкания блоков в шелыге свода. После фиксирования этого положения при помощи прокладок щит передвигают на очередную заходку до схода обделки тоннеля с оболочки щита. Затем снова включают распорные гидроцилиндры распора и завершают обжатие обделки в породу. В оба зазора, образовавшиеся между лотковым и смежными с ним блоками, устанавливают по малому вкладышу. Затем извлекают гидроцилиндры из гнезд и на их место устанавливают постоянные железобетонные вкладыши (по одному с каждой стороны), после чего зазоры между вкладышами и блоками заливают цементным раствором.

По окончании монтажа кольца производят передвижку всего комплекса к щиту (на расстояние 1 м). Затем цикл работ повторяют.

Для снижения запыленности воздуха в зоне работ в комплексе смонтирована система пылеподавления, в состав которой входят средства пылеотсоса и орошения. При работе фрезерного органа в зоне разрушения породы создается водяная завеса.

Проходческий комбайн 4ПП-2 применяют при сооружении участков тоннелей в крепких породах в условиях, когда нельзя вести буровзрывные работы (например, в непосредственной близости от действующих линий метрополитена).

Комбайн 4ПП-2 представляет собой самоходную машину на гусеничном ходу. Рабочим органом комбайна является стрела с конической коронкой, резцы которой армированы твердосплавными пластинками. Привод —стрелы гидравлический.

Разработку забоя проходческим комбайном 4ПП-2 ведут в таком технологическом порядке. Если в забое залегает несколько горных пород, разработку начинают с наиболее слабых. Образованная дополнительная плоскость обнажения упрощает разрушение более крепких пород остальной части забоя.

Разработку забоя ведут, как правило, вертикальными полосами. В хорошо доступный обзору машиниста левый угол забоя забуривают резцовую коронку. Забурив ее примерно на ²/₃ длины, разрабатывают нижний вруб горизонтальным перемещением стрелы комбайна вправо на всю ширину забоя. Вернув резцовую коронку в исходное положение, ее максимально забуривают за счет подачи телескопическим устройством стрелы. После повторного забуривания коронки стрелой выполняют первый вертикальный проход по контуру тоннеля и холостым ходом опускают стрелу вниз. У подошвы уступа стрелу смещают влево примерно на диаметр коронки и выполняют второй вертикальный проход снизу вверх.

Разрабатываемая порода с помощью нагребающих лап комбайна подается на скребковый погрузчик, с него — на мостовой перегружатель, который сбрасывает ее в вагонетку.

Разработав всю площадь забоя на требуемую заходку, последним проходом стрелы оформляют контур выработки и выключают рабочий орган. После этого комбайн отводят от забоя не менее чем на 2 м, смещают вправо и опускают стрелу исполнительного органа.

Штрабы под элементы обделки при необходимости дорабатывают вручную И применением отбойных молотков.

Элементы сборной обделки монтируют с помощью двух лебедок с электромеханическим приводом или специального устройства, навешиваемого на стреловой рабочий орган комбайна.

Систематическое орошение забоя водой и хорошо организованная вентиляция рабочей зоны обеспечивают нормальные условия труда. Важным преимуществом комбайна по сравнению с проходческими щитами является наличие собственного гусеничного хода, что позволяет в случае необходимости вывести комбайн из забоя.

Проходческий комбайн ГПКС предназначен для проходки вспомогательных подземных выработок сечением 13-15 м² в породах с коэффициентом крепости f_кр<4. Этот комбайн конструктивно аналогичен комбайну 4ПП-2, технология разработки забоя, погрузки породы и монтажа обделки для них практически одинаковы.