4. Определение основных размеров щита

Основные геометрические размеры щита (рис. 4.1.) определяются в зависимости от диаметра и ширины кольца обделки, инженерно-геологических условий и вида проходческого механизированного оборудования.

Рис. 4.1. Геометрические параметры щита

Наружный диаметр щита (Dщ) определяется по следующей формуле:

Dщ= d + e + 2t

где: d- наружный диаметр тоннельной обделки;

e – строительный зазор между обделкой и оболочкой щита.

Строительный зазор необходим для удобства сборки обделки и обеспечения возможности поворота щита на криволинейных участках трассы. Обычно величина строительного зазора равна 0,008 d;

t– толщина хвостовой оболочки щита.

Полная длина щита состоит из суммарной длины ножевого, опорного колец и хвостовой оболочки.

Ширина ножевого кольца (lн) зависит от степени устойчивости проходимых щитом грунтов. При проходке в устойчивых грунтах рекомендуется принимать ширину ножевого кольца в пределах 1,0 – 1,2 метра.

lн = 1,0 – 1,2 м

В сыпучей среде требуемая ширина ножевого кольца корректируется, в соответствии с дополнительными условиями расположения лобового откоса под углом обрушения в пределах ножевого кольца при незакреплённом забое.

Ширина опорного кольца (lоп.к.) определяется длиной цилиндра щитового домкрата без его головной части. Ширина опорного кольца должна быть равна двум размерам рабочего хода штока щитового домкрата, а длина рабочего хода, в свою очередь, равна ширине кольца обделки, т. е.

lоп.к. = 2bр.х. или lоп.к. = 2b

где: b – ширина кольца обделки.

Длина хвостовой оболочки складывается из трёх составляющих lоб = l1 +l2+ l3,

где: l1 – длина участка обделки, перекрытого хвостовой оболочкой. Как правило, размер этого участка находится в пределах 1,2 – 2,2 ширины кольца обделки

l1= (1,2 - 2,2)b.

Меньший размер соответствует условиям проходки тоннеля в устойчивых грунтах, больший – в неустойчивых.

Размер l2характеризует длину свободного промежутка между опорной частью домкрата и торцом собираемой обделки. Обычно в щитах средних диаметров этот промежуток принимается равным 15 – 20 сантиметрам, то есть l2 =(0,15 - 0,20)м.

Третья составляющая длины хвостовой оболочки представляет собой длину головной и опорной частей щитового домкрата, выступающих из опорного кольца в пределы хвостовой оболочки. Этот размер обычно равен 60 -70-ти сантиметрам, значит

l3= (0,60 – 0,70)м.

Таким образом, полная длина щита будет равна:

Lщ=lн+lоп.к.+lоб.

Возможность щита вписываться в криволинейные участки трассы характеризуется отношением полной длины щита к его диаметру. Этот параметр называется степенью маневренности щита и для немеханизированных щитов средних диаметров должен быть равен примерно 0,75. Следует отметить, что для современных механизированных щитов маневренность обеспечивается за счёт создания щитов с шарнирным корпусом.

5. Определение сил сопротивления движению щита и грузоподъёмности щитовых домкратов

Суммарное усилие сопротивления движению щита (Wобщ.) складывается из трёх составляющих (рис. 5.1.): силы трения поверхности корпуса щита о грунт (W1); силы трения внутренней поверхности оболочки щита по обделке (W2) и лобовое сопротивление со стороны забоя (W3).

Рис. 5.1. Силы сопротивления движению щита

Wобщ. =W1 +W2 +W3

Величину каждой составляющей суммарного усилия можно определять по упрощённым формулам, дающим завышенные значения, что обеспечивает более высокую степень надежности.

Для определения сил трения между корпусом щита и породой можно пользоваться следующей формулой:

W1= f1[2(q+p)LщDщ +Gщ]

где: f1– коэффициент трения поверхности корпуса щита по породе, в зависимости от характеристики грунта его величина изменяется от 0,2 до 0,6;

qиp- вертикальная и горизонтальная нагрузки от горного давления соответственно;

Lщ, Dщ и Gщ - полная длина, наружный диаметр и вес щита соответственно.

Силы трения внутренней поверхности хвостовой оболочки щита по обделке определяются по формуле:

W2 = f2Gоб

где: Gоб – вес колец обделки лежащих на оболочке;

f2- коэффициент трения стальной оболочки щита по чугунной (0,15 - 0,20) или железобетонной (0,40 - 0,50) обделке.

Следует иметь в виду, что в тех случаях, когда хвостовая оболочка щита имеет вырез в лотковой части, нижние блоки обделки укладываются непосредственно на породу, а, следовательно, отсутствуют силы трения между оболочкой и обделкой. То есть, в таком случае W2= 0.

Величина лобового сопротивления продвижению щита на забой (W3) зависит от технологии разработки грунта в забое.

В устойчивых грунтах, где забой разрабатывается на весь профиль и отсутствует необходимость в креплении лба забоя, проходческий щит перемещается в разработанное перед ним пространство не испытывая сопротивления со стороны забоя. В этомслучаеW31=0.

В случае передвижки щита в разработанное пространство с полностью или частично закреплённым забоем, силы сопротивления движению щита можно определить по формуле:

W31 =pFзабоя

где: р –нагрузка от горизонтального горного давления грунта в забое щита;

Fзабоя–площадь всего забоя, или его закреплённой части.

Если технология разработки грунта в забое проходческого щита предусматривает последующее срезание кольцевого слоя неразработанной породы, силы сопротивления движению щита будут суммироваться из усилия необходимого для срезания кольцевого слоя и усилия необходимого для преодоления сопротивления закреплённого забоя или его части, если оно присутствует.

Усилие, необходимое для срезания кольцевого слоя грунта определяется по формуле:

Определив суммарную величину сил сопротивления перемещению щита, можно легко определить грузоподъёмность щитового домкрата.

P=kWобщ/n

где: P –грузоподъёмность одного щитового домкрата;

k– коэффициент надёжности, учитывающий возможность работы не всеми домкратами одновременно, или непредвиденное увеличение сопротивления движению щита в процессе проходки.

k = 1,25 – 1,50

n– количество щитовых домкратов.