Тоннелепроходческие механизированные щитовые комплексы с активным пригрузом забоя

1. Введение. Общие понятия о строительстве тоннелей в сложных условиях

Головной и, конечно, основной частью механизированного тоннелепроходческого комплекса является механизированный щит, в функции которого входит крепление контура выработки, обеспечение устойчивости лба забоя, изоляция кольцевого зазора между внутренней поверхностью оболочки щита и наружной поверхностью обделки. Помимо этого механизированный проходческий щит должен обеспечивать механическую разработку грунта в забое и ее удаление из щита с последующей перегрузкой на транспортные средства. В хвостовой части щита должен быть обеспечен удобный и безопасный монтаж сборной обделки тоннеля.

Все современные механизированные проходческие щиты с «открытой грудью», так называемые открытые щиты, успешно решают эти задачи за исключением проблемы крепления лба забоя в неустойчивых грунтах. Частично этот вопрос решён в щитах с дисковым роторным исполнительным органом (например, Киевский механизированный щит) или в щитах с роторным лучевым исполнительным органом с регулируемым впуском разработанного грунта из забоя в зону щита. В этом случае устойчивость забоя обеспечивается за счёт механического воздействия планшайбы или лучей исполнительного органа и разработанного грунта на забой. Но успешное применение таких проходческих щитов возможно только в необводненных и более или менее устойчивых грунтах, то есть в условиях, которые нельзя охарактеризовать как сложные.

Что же такое сложные условия с точки зрения проходки тоннеля?

В соответствии с рекомендациями Тоннельной ассоциации России, сложными (и не только с точки зрения иженерно-гелогической и гидрологической, но и – градостроительной) условиями проходки тоннелей принято считать:

1. Неустойчивые водонасыщенные грунты с коэффициентом крепости менее 2 и гидростатическим давлением 0,1МПа (1 ати) и более, сложенные супесями, песками, лёссами, суглинками, текуче-пластичными глинами, сланцами и валунно-галечниковыми отложениями, включая крупные валуны

2. Строительство подводных тоннелей в неустойчивых водонасыщенных грунтах, или в связных грунтах под водными препятствиями – водоёмами, реками, заливами при наличии над тоннелем устойчивого слоя менее высоты свода обрушения.

3. Проходка тоннеля под инженерными сооружениями, фундаментами, коммуникациями и т. п. в водонасыщенных или в связных грунтах при наличии над тоннелем устойчивого слоя менее высоты свода обрушения.

4. Проходка тоннеля в скальных грунтах, разрушенных до состояния дресвы с различными крупными включениями, в зонах геологических разломов, размывов, в плывунах и разжиженных грунтах при гидростатическом давлении 0,1 МПа (1ати) и более.

5. Проходка тоннелей во всех случаях, не допускающих осадок поверхности более 10мм.

Итак, как уже отмечалось ранее, в некоторых случаях, когда условия проходки не попадают в категорию сложных, крепление лба забоя может осуществляться за счет прижатия к забою исполнительного органа механизированного щита, как например, при проходке щитом с дисковым роторным исполнительным органом в виде сплошной планшайбы (рис.1.1).

Рис. 1.1. Щит с дисковым роторным исполнительным органом:

1. главный привод; 2-исполнительный орган; 3-копир-резец; 4-ножевое кольцо; 5-опорный ролик; 6-опорное кольцо; 7-щитовой домкрат; 8-хвостовая оболочка; 9-рабочая площадка; 10-пластинчатый резец; 11-домкрат подачи исполнительного органа на забой; 12-опорная балка; 13-щитовой транспортёр

Или с дисковым роторным исполнительным органом и регулируемым впуском разработанного грунта внутрь щита (рис. 1.2.)

Рис. 1.2. Щит с дисковым роторным исполнительным органом и регулируемой частотой вращения:

1. роторный исполнительный орган; 2-гидродомкрат для установки замковых элементов; 3-уплотнительное кольцо; 4-щитовой гидродомкрат; 5-выдвижная платформа; 6-радиальный луч на диске ротора; 7-стержневой резец