Проходка тоннелей механизированными щитами

Комплексы с механизированными щитами применяют, прежде всего, при проходке перегонных тоннелей метрополитенов, транспортных и коллекторных тоннелей большой протяженности, залегающих в однородных грунтах. При этом следует руководствоваться данными, приведенными в [1, с. 257–261; 2, с. 111–118; 6, с. 159–165, 343–350].

В состав комплекса с механизированными щитами входят щит с исполнительным рабочим органом и породопогрузочными устройствами, система транспортеров для выдачи грунта, подъемно-транспортное оборудование для подачи к щиту строительных материалов и изделий, укладчик тоннельной обделки, а также технологические тележки, подвижные платформы и транспортные средства. Комплексы с механизированными щитами различаются между собой главным образом конструкциями щитов и тоннельных укладчиков. Проходческие механизированные комплексы для строительства тоннелей со сборной обделкой имеют маркировку КТ и КМ.

Проходка механизированными щитами ведется, как правило, без применения временной крепи. Конструкции и основные механические характеристики механизированных щитов определяются инженерно-геологическими условиями, для которых эти щиты предназначены (см. табл. 5.1), и приведены в [1, с. 226–240; 6, с. 140–147], а также в табл. 2 Приложения.

Разработка грунта роторным исполнительным рабочим органом (комплексы КТ1-5,6, КМ-24.0 и т. п.) осуществляется по всему сечению забоя при вращении ротора и одновременной подаче его на забой. Разрушенный грунт поступает на щитовой, а затем на тоннельные транспортеры. В дисковых щитах исполнительный рабочий орган ограждает забой от обрушения грунта.

У современных отечественных щитов подача рабочего органа достигает 550 мм, после чего его отводят в исходное положение, а затем снова производят разработку грунта до требуемой величины заходки).

На рис. 5.3 представлен технологический комплекс типа КМ-24 на основе роторного механизированного щита, предназначенный для проходки перегонных тоннелей метрополитена. За щитом 1 расположен укладчик обделки 2 с выдвижными балками и распорными устройствами 10. Разработанный грунт выдается из щита скребковым транспортером 3 с перегрузкой на ленточный тоннельный транспортер 4, который загружает бункер 5, откуда грунт попадает в вагонетки 11 не расцепленного состава. Бункер опирается на тележку 7 для нагнетания раствора за обделку, на которой размещена шахтная понизительная подстанция 6. Блоки доставляются на платформах и перегружателем 8подаются на рольганг 9,а затем — под захват кольцевого укладчика. Распорные устройства укладчика комплекса позволяют обжимать блочную железобетонную обделку в грунт с устройством распорных стыков на уровне горизонтального диаметра.

В плотных устойчивых глинистых грунтах для сооружения перегонного тоннеля метрополитена успешно применяется механизированный комплекс КТ1-5,6 (рис. 5.4). В состав комплекса входит механизированный щит 1 с роторным лучевым исполнительным органом к хвостовой части щита шарнирно крепится передняя часть транспортного моста 3. Хвостовая часть транспортного моста опирается на тележку 5. В конце транспортного моста установлены троллейные барабаны. Внутри сечения транспортного моста 3 проходит главный транспортёр, доставляющий разработанный грунт к бункеру в месте загрузки вагонеток 6.

Монтаж обделки ведётся при помощи конвейерного укладчика 2, расположенного на транспортном мосту 3. Элементы обделки доставляются электровозом на специальных платформах (блоковозках) 7 до тельфера 4, а затем этим тельфером подаются к месту укладки. Конструкция применяемой обделки предусматривает обжатие её в грунт домкратами, расположенными в лотке обделки. В лотковой части тоннеля уложена стальная платформа 8 с рельсовыми путями и маневровыми устройствами. Нагнетание раствора за обделку производят растворонагнетателем 9, который загружается смесью для нагнетания при помощи транспортёра.

Механизированный щит и комплекс рассчитаны на работу в условиях плотных устойчивых кембрийских глин и обеспечивают средние скорости проходки 15 м/сутки при рекордных 40 м/сутки.

Для разработки слабых грунтов экскаваторными исполнительными органами щиты в ножевой части оснащают рассекающими площадками, повышающими устойчивость забоя (КМ-42, КТ-5,6 Д2, КТ-8,5 Д2). Грунт в забое разрабатывают скребком экскаватора, после чего он поступает на систему транспортеров. Для предотвращения обрушений грунта в кровле выработки используют проходческие щиты с выдвижными шандорами (КТ-5,6 Д2).

Фрезерный исполнительный рабочий орган во многих типах щитов поставляется заводами-изготовителями вместе с экскаваторным как сменный, предназначенный для разработки устойчивых грунтов типа глин и известняков с коэффициентом крепости до f = 5 (КТ-5,6 Д2, КТ-8,5 Д2). Разработку грунта в забое производят горизонтальными, вертикальными и наклонными полосами.

Щиты для проходки в слабых грунтах естественной влажности (комплекс ТЩБ-7) относятся к частично механизированным. Разработка грунта в забое ведется с помощью погрузчиков-разрыхлителей челюстного типа, удаляющих осыпающийся грунт с площадок во время вдавливания щита в забой. С помощью погрузочного устройства грунт поступает на щитовой транспортер и транспортер-перегружатель (см. табл. 2 Приложения).

Уширение тоннельной выработки, необходимое для проходки на кривых в плане и профиле, производят резцом-расширителем (копир-резцом).

При проходке в водонасыщенных грунтах применяют так называемые герметизированные щиты с активным пригрузом забоя. В таких щитах призабойное пространство в пределах ножевого кольца отделено от остальной части щита герметичной перегородкой и заполняется сжатым воздухом, водой или раствором бентонитовой суспензии, уравновешивающим горизонтальное давление грунта и воды со стороны забоя. Грунт из-за перегородки выдается в тоннель механическим устройством (шнеком) или посредством гидротранспорта. Работы в тоннеле ведутся при нормальном атмосферном давлении воздуха. Технологические характеристики роторных щитов с активным пригрузом забоя приведены в табл. 2 Приложения.

На рис. 5.5 приведена схема технологического комплекса МПЩ (СП) на основе роторного механизированного щита с активным пригрузом забоя раствором бентонитовой суспензии. В состав комплекса входит механизированный проходческий щит диаметром 7,385 м с гидравлическим пригрузом забоя и воздушным регулированием величины пригруза МПЩ (СП)-Р2. В пределах щита под защитой хвостовой оболочки располагается блокоукладчик 9. Защитовой комплекс представлен двумя технологическими тележками соединёнными между собой и со щитом.

На первой за щитом тележке размещён транспортёр 10 для подачи блоков обделки к блокоукладчику и транспортный насос 11 для выдачи шлама из тоннеля по транспортному трубопроводу 15 на поверхность в сепарационную установку. Там же проходит и питающий трубопровод 16, по которому бентонитовая суспензия подается в призабойную камеру. На второй технологической тележке находятся кран-перегружатель блоков обделки 12 с блоковозки на транспортёр 10, силовое оборудование, масляный бак и масляный насос, кабельный барабан, рессивер сжатого воздуха, силовой электрощит и другая аппаратура.

Для наращивания транспортного и питающего трубопроводов и других коммуникаций ко второй технологической тележке присоединена ещё одна вспомогательная тележка. На поверхности располагается наземная часть комплекса.

На рис. 5.6 приведен тоннелепроходческий комплекс на основе щита с грунтовым пригрузом забоя МПЩ (ГП) фирмы «Ловат» (Канада).

В состав комплекса входит механизированный проходческий щит диаметром 6,026 м с лучевым роторным исполнительным органом и грунтовым пригрузом забоя МПЩ (ГП). В пределах щита под защитой хвостовой оболочки располагается кольцевой блокоукладчик 2.

Защитовой комплекс представлен девятью технологическими тележками, на которых размещён транспортёр 5 для подачи блоков обделки к блокоукладчику, ленточный транспортёр 6 для выдачи грунта в транспортные средства, кран-перегружатель блоков обделки 4 с блоковозки на транспортёр, силовое оборудование, кабельный барабан, рессивер сжатого воздуха, силовой электрощит и пуско - регулирующая аппаратура.