Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Строительство тоннелей и метрополитенов Минимаркер Проходка тоннелей обычными (частично механизированными) щитами

Проходка тоннелей обычными (частично механизированными) щитами

Страница 3 из 7

Обычными (частично механизированными) щитами сооружают тоннели небольшой длины (до 600 м) в неустойчивых нескальных грунтах, а также отдельные участки более протяженных тоннелей, расположенных в таких же грунтах. Обычные проходческие щиты могут быть также использованы и при проходке в сильнотрещиноватых скальных грунтах (выветренных и рухляках), требующих при разработке усиленного крепления кровли и лба забоя. Целесообразно применять такие щиты и в тех случаях, когда на трассе тоннеля и в поперечном сечении будущей выработки ожидаются неоднородные грунты с различными физико-механическими свойствами.

Принципиальная технологическая схема организации работ при проходке обычным щитом показана на (рис. 2.2). В комплекс оборудования входят: проходческий щит (1) типа ШН-1С; породо-погрузочная машина (2) типа 1ППН-5; укладчик тоннельной обделки (3) типа ТУ-3Гп; передвижная технологическая платформа (5) со стрелочным переводом и узкоколейным путем; тележка (6) для первичного нагнетания раствора за обделку; нагнетатели раствора (7); тележка для чеканки и контрольного нагнетания (9).

Работы по сооружению тоннеля включают следующие основные операции: разработку забоя, погрузку грунта, передвижку щита, возведение обделки, а также вспомогательные операции: первичное нагнетание за обделку, транспортировку грунта и материалов, гидроизоляцию обделки и контрольное нагнетание. Последовательность разработки забоя, способы его крепления, конструкция и материалы крепи, порядок ее установки определяются инженерно-геологическими условиями проходки. Практика подземного строительства определила ориентировочные границы инженерно-геологических условий и соответствующие им способы разработки и крепления забоя, которые обеспечивают безопасность ведения проходческих работ.

Технологическая схема сооружения тоннеля с применением обычного (частично механизированного) проходческого щита

Рис. 2.2 – Технологическая схема сооружения тоннеля с применением обычного (частично механизированного) проходческого щита: 1 – шит; 2 – породопогрузочная машина; 3 – укладчик тоннельной обделки; 4 – вагонетка; 5 – передвижная технологическая платформа; 6 – тележка для нагнетания раствора за обделку; 7 – нагнетатели раствора; 8 – вентиляционный трубопровод; 9 – тележка для чеканки и контрольного нагнетания

Проходка в неустойчивых грунтах

К неустойчивым грунтам относятся грунты с коэффициентом крепости до 0,6, такие, как гравий и пески, слабые суглинки и супеси, лёсс, мелкий водонасыщенный песок-плывун и т. п. Проходка в таких грунтах чрезвычайно сложна, требует высокой квалификации рабочих и особой тщательности выполнения всех операций. Главная задача при этом – не допустить непроизвольного выпуска грунта из забоя. Особенно ответственными являются работы при мелком заложении тоннеля, проходящего под железнодорожными путями или вблизи фундаментов зданий и сооружений.

Проходку в подобных случаях ведут методом вдавливания щита в грунт, разрабатывая забой под защитой выступающей по своду ножевой части щита – аванбека – заходками 250–500 мм с тщательным креплением кровли и лба забоя. В сухих и влажных песках для крепления кровли устраивают козырьки из стальных балок или рельсов, прочно скрепленных с ножевым кольцом щита. Козырек вдавливается в грунт при передвижке щита.

Устойчивость лба забоя может быть обеспечена двумя способами:

  1. сплошным креплением горизонтальными досками, прижатыми к грунту забойными гидроцилиндрами щита;
  2. устройством на щите дополнительных горизонтальных площадок, на которых образуются осыпи грунта под углом естественного откоса.

В первом случае грунт в каждой ячейке щита закрепляют горизонтальными досками толщиной 50–60 мм, которые плотно прижимают ко лбу забоя забойными домкратами через вертикальные и наклонные брусья сечением не менее 120×120 мм. Такая крепь получила название шандорной крепи (рис. 2.3). Технология проходки с применением шандорной крепи заключается в следующем. Ножевое кольцо щита (1) или козырек (2) вдавливают в забой на величину заходки, обычно равную 250–300 мм, и начинают выемку грунта на эту заходку. Работы ведут сверху вниз одновременно во всех ячейках одного яруса, выполняя операции в определенном порядке: после выемки порции грунта две-три доски шандорной крепи (3) переносят вперед в новую плоскость забоя и прижимают короткими брусьями (4), распирая рошпанами (5) или винтовыми домкратами на корпус щита; затем эту же операцию производят со следующими нижерасположенными двумя-тремя досками. По мере увеличения высоты закрепляемого забоя доски шандорной крепи перекрепляют на более длинные брусья (6), прижимая забойными гидроцилиндрами (7). На штоках гидроцилиндров устанавливают деревянные распорки (8). Эти распорки предотвращают ослабление усилий при падении давления в гидравлической сети. Разработанный грунт перекидывают через люки на площадках щита и направляющие лотки к зоне действия погрузочной машины или непосредственно в вагонетку. Закончив работы в ячейках верхнего яруса, переходят на следующий.

Шандорная крепь при щитовой проходке в неустойчивых грунтах

Рис. 2.3 – Шандорная крепь при щитовой проходке в неустойчивых грунтах: а – крепь средней ячейки щита; б – деталь шандорной крепи

При выполнении всех работ в забое тоннеля рабочие должны находиться на выдвижных платформах щита. Работы в ячейках среднего и нижнего ярусов ведут под защитой выдвинутых платформ. Накапливать грунт и материалы в ячейках щита и выдвижных платформах запрещается.

Щит передвигают после каждого перекрепления забоя. Для этого вначале убирают в исходное положение платформы щита, включают забойные гидроцилиндры на рабочий ход и снимают временные распорки на штоках этих гидроцилиндров. Затем включают щитовые гидроцилиндры. Передвижение щита при включенных забойных гидроцилиндрах обеспечивает постоянное и равномерное их давление на забой.

После трех-четырех передвижек собирают очередное кольцо обделки, и цикл повторяется.

Основным недостатком проходки в неустойчивых грунтах обычным щитом со сплошным креплением лба забоя являются большая трудоемкость работ, выполняемых вручную, и, как следствие, низкие темпы проходки. Поэтому такой способ может быть рекомендован лишь на отдельных незначительных по протяженности участках тоннеля.

Существенно снижается трудоемкость работ и повышаются темпы проходки, если в ножевой части щита (2) (рис. 2.4, а) по площади забоя установить горизонтальные рассекающие площадки (1). Они позволяют умело использовать свойство слабых грунтов – осыпаться под определенным углом α к горизонту. При внедрении площадки осыпавшийся на нее под этим углом грунт уже больше не сползает, а как бы поддерживает своим весом забой. Чем чаще расположены площадки, на которых удерживается грунт, тем меньше возможность его обрушения.

Схема проходки тоннеля обычным щитом с рассекающими площадками

Рис. 2.4 – Схема проходки тоннеля обычным щитом с рассекающими площадками: а – схема образования осыпей на площадках; б – технологическая схема сооружения тоннеля; 1 – горизонтальные площадки; 2 – проходческий щит; 3 – щитовые гидроцилиндры; 4 – блокоукладчик; 5 – породопогрузочная машина; 6 – передвижная платформа; 7 – нагнетатель раствора; 8 – шахтные вагонетки вместимостью 1,5 м3; 9 – электровоз; 10 – чеканочная тележка; 11 – перегородки щита

Технология проходки тоннелей со щитами, оборудованными дополнительными горизонтальными площадками в ножевой части, заключается в следующем (рис. 2.4, б). Щит передвигают заходками по 250–300 мм, рассекая забой вдавленными в него площадками на ряд ярусов. Площадки расположены по высоте через 0,8–1,2 м и несколько выдвинуты за ножевое кольцо щита. При передвижке с рассекающими площадками ведут наблюдение за состоянием откосов грунта на его площадках. Откосы не должны выходить за пределы кромки ножа щита и не должны доходить до краев площадок с противоположной стороны забоя на 200 мм. По мере передвижки щита песчаный грунт поступает из верхних ячеек через люки в площадках и направляющие желоба в среднюю нижнюю ячейку, откуда убирается породопогрузочной машиной в вагонетки. Для непрерывной погрузки грунта взамен породопогрузочных машин периодического действия целесообразно применить породопогрузочные транспортеры.

Важным достоинством применения щитов с рассекающими площадками является обеспечение высокой скорости проходки (до 400 м/мес при щите 5,8 м), снижение затрат труда и материалов.

Наибольшие трудности вызывают работы по проходке тоннелей немеханизированными щитами в водонасыщенных грунтах. В этом случае для повышения устойчивости массива применяют сжатый воздух или специальные способы осушения или закрепления грунтов.

Проходка в мягких грунтах

К мягким грунтам относятся грунты с коэффициентом крепости от 0,5 до 2,0 такие, как супеси, суглинки, пластичные и твердые глины, слабые сланцы.

Грунт разрабатывают впереди щита на величину заходки, равную в большинстве случаев ширине кольца обделки. Для разработки грунта используют пневматические отбойные молотки, оснащенные лопатками или пиками. Работы ведут по ярусам в направлении сверху вниз с выдвижных платформ щита. Разработку забоя начинают со средней ячейки верхнего яруса. Кровлю крепят марчеванами из досок толщиной 40–50 мм. Одним концом их опирают на наружную поверхность ножевого кольца, а другим – на грунт в штрабе забоя. Закончив разработку грунта в пределах средней ячейки, приступают к креплению лба забоя. Лоб забоя крепят горизонтальными или вертикальными досками, установленными вразбежку. Доски прижимают ко лбу забоя через деревянные брусья забойными гидроцилиндрами, штоки которых удлиняют коротышами из стальных труб, прикрепленных к опорной части штока. На штоки гидроцилиндров устанавливают деревянные распорки, предотвращающие ослабление гидроцилиндра при падении давления в гидравлической сети.

Закончив разработку грунта и крепление в средней ячейке верхнего яруса, аналогично разрабатывают и крепят забой одновременно в боковых ячейках щита. Нижние ярусы разрабатывают с породного уступа по всей ширине забоя. Грунт сбрасывают в зазор между лбом забоя и площадками щита в зону действия погрузочной машины, используя для этого направляющие лотки из наклонно установленных досок. Разработку грунта очередного яруса ведут под защитой выдвинутых платформ щита. В нижней части забоя грунт перекидывают к погрузочной машине вручную.

В глинистых грунтах, обеспечивающих достаточную устойчивость при разработке забоя, по контуру выработки оставляют нетронутым кольцевой уступ, который при передвижке щита срезается ножевым кольцом.

Проходка в скальных грунтах.

Проходку тоннелей щитовым способом ведут, как правило, только в сильновыветрелых скальных грунтах и в так называемых рухляках, требующих при разработке временного закрепления кровли и лба забоя. Крепкие слаботрещиноватые грунты проходят щитом в исключительных случаях, к которым можно отнести проходку коротких участков, встретившихся на трассе тоннеля, проходимого щитовым способом; проходку тоннелей на контакте с неустойчивыми грунтами; проходку подводных тоннелей и т. п.

В сильновыветрелых грунтах крепостью до f = 2 забой разрабатывают отбойными молотками, оснащенными пиками. Работы по креплению забоя выполняют так же, как и при проходке в мягких грунтах. В более крепких скальных грунтах применяют буровзрывной способ разработки грунта с применением электровзрывания. В этом случае щит выполняет функции удобных буровых подмостей. Забой обуривают с выдвижных платформ щита легкими бурильными молотками массой до 20 кг на пневмоподдержках, электро- или пневмо-сверлами.

Расположение шпуров в забое зависит от направления слоев, трещиноватости, однородности и крепости грунтов, а также от удобства размещения бурового инструмента в ячейках щита. При наличии крепких грунтов в пределах всего сечения и при толщине слоя этих грунтов над шелыгой свода (верхней точкой обделки) более 2–3 м грунт разрабатывают одновременно по всей высоте забоя. При этом в большинстве случаев шпуры располагают по трем-четырем концентрическим окружностям вокруг центрального вруба. Если же толщина слоев крепких грунтов над щитом менее 2 м, забой разрабатывают поочередно в отдельных ярусах щита. Предварительно производят разведочное бурение за пределы контура выработки, чтобы исключить аварийные вывалы. Глубину шпуров назначают так, чтобы после взрыва щит можно было передвинуть на ширину кольца обделки тоннеля. Бурение шпуров в верхней части забоя ведут одновременно с уборкой грунта. После передвижки щита одновременно с монтажом очередного кольца обделки бурят шпуры в нижней части забоя. Величину заряда в шпурах принимают минимальной. Ячейки щита, арматуру и все основные части закрывают предохранительными ограждениями из стальных решеток или тяжелых цепей. Электродвигатели щита и укладчика обделки перед заряжанием шпуров обесточивают. После проветривания забоя одновременно с уборкой грунта зачищают профиль отбойными молотками. Недоборы не допускаются, так как элементы щита не в состоянии срезать скальный грунт и могут быть повреждены при его передвижении.

При неглубоком заложении тоннелей в условиях городской застройки или близко расположенных городских коммуникаций следует учитывать опасность сейсмического воздействия взрыва на сооружения. В этих случаях может оказаться целесообразным разрушать скальный грунт в забое щита гидроклином. При использовании гидроклина в забое бурят шпуры обычными средствами. Затем в каждый шпур вводят клиновое устройство, в котором при помощи насосной установки создается высокое гидростатическое давление, разжимающее клин. В результате скальный массив раскалывается на части.

Проходка в смешанных грунтах

В практике тоннелестроения, кроме перечисленных, имеют место случаи щитовой проходки в смешанных грунтах, резко различных по своим свойствам: крепкие грунты в забое могут сочетаться с мягкими, мягкие с неустойчивыми, неустойчивые с крепкими и т. д. В таких случаях разработка грунта в забое щита производится методами, присущими для каждого из разновидностей грунта, а порядок производства работ определяется в основном устойчивостью кровли выработки. При этом необходимо выполнять следующее правило: сначала следует на одну заходку разработать отбойными молотками слои со слабыми грунтами, начиная с верхнего, закрепить разработанную часть забоя распором на забойные гидроцилиндры щита и лишь затем вести взрывание более крепкого грунта минимальными зарядами ВВ. Необходимо также рассмотреть возможность частичного или полного разрушения прослоек скального грунта, а также крупных глыб в забое гидроклином.

Передвижка щита

После разработки забоя пo всему сечению, уборки грунта и зачистки лотка выработки перед ножом щита, а также замыкания очередного кольца обделки и нагнетания за обделку цементно-песчаного раствора производят передвижение щита на очередную заходку.

Щит передвигают под руководством лица технического надзора и маркшейдера. Перед передвижением щита проверяют исправность оборудования и наличие запаса кабелей, воздушных и водопроводных шлангов, необходимых при удлинении тоннеля на новую заходку. На каждом ярусе щита остается один рабочий, осуществляющий контроль за состоянием забоя в процессе передвижки. Все рабочие, не связанные с этой работой, удаляются из забоя, из зоны действия щитовых гидроцилиндров и из-под укладчика обделки.

Управляет гидроцилиндрами и передвигает щит машинист щита. Он передвигает щит по заданному направлению, включая определенное число гидроцилиндров в определенной последовательности. Положение оси щита относительно оси тоннеля контролирует маркшейдер с помощью специальных навигационных устройств. При этом наряду с обычными геодезическими приборами используют приборы на базе световых лучей, которые создаются обычными электролампами или оптическими квантовыми генераторами – лазерами. Контроль за движением щита может быть визуальным или автоматическим.

В случае отклонения щита от заданного направления его выправляют постепенно в течение нескольких передвижек за счет включения определенной группы щитовых гидроцилиндров и соответствующей подработки контура забоя. Не допускается применение каких-либо упоров, установленных в забое.

Погрузка и транспортировка грунта

Погрузку грунта в забое немеханизированного щита и его транспортировку производят так же, как и при горном способе работ, с применением стандартного оборудования.

В щитах среднего диаметра применяют ковшовые погрузочные машины на колесном ходу типов ППМ-1С, ППМ-4Э, 1-ППН-5, ППН-2 производительностью от 30 до 90 м3/ч, габаритные размеры которых (высота при поднятом ковше от 1,65 до 2,3 м, ширина от 1,15 до 1,4 м) позволяют разместить их в нижней средней ячейке щита. В щитах большого диаметра при буровзрывном способе разработки грунта можно использовать более мощные машины на гусеничном ходу типа ПНБ-3К. Для подачи вагонов под погрузку используют металлическую платформу, оборудованную откаточными рельсовыми путями и симметричным стрелочным переводом для разминовки вагонов. Платформу передвигают вместе со щитом при помощи металлических тяг. Откатку вагонов производят троллейными или аккумуляторными электровозами. В определенных условиях (например, при проходке с портала или из котлована) может оказаться целесообразным транспортировать грунт от щита автомобилями.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика