|
Конструктивные решения щитов могут
быть весьма разнообразными, однако их принципиальная схема остается
неизменной.
Механизированный проходческий щит ( 197) обычно состоит из
следующих основных узлов: корпуса, исполнительного органа, привода
призабойных погрузочных устройств, оборудования для возведения крепи
(обделки), устройства для передвижения щита в виде щитовых и вспомогательных
домкратов.
Корпус щита включает в себя ножевое и опорное кольца,
хвостовую часть (оболочку), перегородки, щитовые и вспомогательные домкраты и
пускорегулирующую аппаратуру.
Ножевое кольцо обычно — из стальных литых блоков; оно
служит для срезки оставшейся при разработке породы по периметру забоя и для
защиты людей от вывалов породы сверху. Опорное кольцо непосредственно
примыкает к ножевому и предназначено для размещения щитовых гидравлических
домкратов, труб и пускорегулир-ую- щей аппаратуры. Оно является основным
несущим элементом щита.
Хвостовая часть оболочки щита, консольно выступающая в сторону
туннеля на один-два кольца туннельной обделки, служит для защиты рабочих,
возводящих обделку туннеля.
Перегородки (горизонтальные и вертикальные) применяются в
передней части многоярусных щитов (диаметром более 4 м). Они разделяют частично механизированный щит на отдельные рабочие ячейки и создают возможность
разрабатывать весь забой одновременно в нескольких ярусах за счет наличия в
каждой рабочей ячейке выдвижных платформ, которые продвигаются к забою
платформенными домкратами.
В особых условиях проходки (плывуны, илы) конструкцию щита
дополняют диафрагмой, закрывающей весь забой.
Щитовые гидравлические домкраты служат для передвижения
щита. Они равномерно устанавливаются по периметру опорного кольца.
Вспомогательные домкраты служат для выдвижения платформ (платформенные) и для
поддержания лобового крепления забоя при проходке в слабых грунтах (забойные
домкраты).
Пускорег'улирующая аппаратура обеспечивает и регулирует
давление жидкости в домкратах и контролирует передвижение щита.
В механизированных щитах породу в забое разрушают
исполнительные органы, которые по конструктивным особенностям могут быть: а)
избирательного действия — с перемещением в одной или двух плоскостях; б)
буровые — роторные вращательного действия и планетарные; в) с рассекающими
площадками. Исполнительные органы щитов в основном различаются способом
разрушения забоя: избирательные одновременно обрабатывают только часть забоя,
буровые — всю площадь забоя. Конструктивные решения исполнительных органов
могут быть весьма разнообразными.
Из числа конструкций избирательного действия наибольшее
распространение получили однобарабанные исполнительные органы ( 198). Они
представляют собой резцовую головку, укрепленную на конце подвижной рукояти,
перемещающейся в горизонтальном и вертикальном направлениях. Резцовая головка
имеет' вид усеченного конуса. Такого типа исполнительный орган имеет
двигатель относительно небольшой мощности и незначительный реактивный момент,
воспринимаемый корпусом щита. Поэтому последовательная обработка забоя одной
резцовой головкой несколько снижает темпы проходки.
Область применения щитового исполнительного органа
избирательного действия — разработка отвердевших глин, плотных мергелей,
мягких глинистых сланцев и известняков и других пород с коэффициентом
крепости f — 1 -т-3, а также включений породы крепостью до f = 4.
Избирательный исполнительный орган может быть рекомендован для щитов с
наружным диаметром около 3—4 м. В щитах диаметром 2,1 м и более 5 м они, в силу своих габаритных размеров, работать не могут.
К числу проходческих щитов с исполнительным органом
избирательного действия относится отечественный механизированный щит ПЩМ-3.2Б
Такого типа щит ( 199) имеет исполнительный орган 1 в виде конусной резцовой
головки на рукояти. Погрузка породы на ленточный или скребковый питатель 2
осуществляется погрузчиком 3 с нагребающими лапами. Блокоукладчик 4— дугового
кольцевого типа. Передвижение щита осуществляется двенадцатью щитовыми
гидродомкратами 5 с усилием 57 тс каждый. Щиты типа ПЩМ имеют скорость
проходки 1,0—3,4 м/ч.
Буровые исполнительные органы состоят из одной или
нескольких планшайб, вращающихся в плоскостях, параллельных забою и
разрушающих породу режущим инструментом. Различают роторные и планетарные
исполнительные органы.
Роторный исполнительный орган вращательного действия (
200) представляет собой плоскую или коническую винтовую планшайбу или жесткую
раму с радиально расположенными лучами, оснащенными резцами. Эти
исполнительные органы применяют для разрушения пород различной крепости. В
мягких породах применяют резцовый инструмент в сочетании со скалывающими
роликами. При этом резцы прорезают концентрические щели, а скалывающие ролики
разрушают оставшиеся целики ( 201). Разрушение пород средней и выше средней
крепости производят исполнительными органами со свободно вращающимися на
своих осях дисковыми, зубчатыми или штыревыми шарошками. Центральная часть
забоя разрушается сплошным резанием специальным забурником.
Роторный орган в виде многолучевых резцедержателей
применяют для разработки устойчивых суглинистых и супесчаных пород,
отвердевших глинистых и мергелистых пород, трещиноватого глинистого сланца и
других пород при коэффициенте / = 1 4-3. Этот исполнительный орган можно
применять в щитах любого диаметра.
Планетарные исполнительные органы бывают двухдисковые и
многодисковые. Они могут быть также: а) пространственными, в которых режущий
инструмент перемещается по сложной кривой в двух плоскостях и не имеет
постоянного контакта с забоем; б) плоскими, в которых режущий инструмент
перемещается параллельно забою по кривой, зависящей от двух движений. Чаще
всего плапетарный исполнительный орган разрушает забой резцами, движущимися
по пересекающимся траекториям — гипоциклоидам; при этом обеспечиваются
одинаковые условия работы резцов.
На исполнительных органах, предназначенных для разрушения
мягких пород, применяют резцы, а для разрушения пород средней крепости (с f =
1 -f-3) — шарошечный инструмент.
К числу проходческих механизированных щитов этого вида со
своеобразной кинематической схемой режущего органа могут быть отнесены щиты,
успешно примененные на проходке туннелей ленинградского и московского метрополитенов
( 202).
Передвижение щитов осуществляется при помощи
гидравлических щитовых домкратов, устанавливаемых равномерно по периметру
опорного кольца щита. Давление рабочей жидкости в домкратах достигает 200—300
ат, а иногда и более, Усилие на один домкрат составляет 50—100 тс и более.
Общее усилие щитовых домкратов достигает 7000 тс.
В частично механизированных щитах, кроме щитовых,
применяются еще платформенные и забойные домкраты. Платформенные
гидродомкраты служат для перемещения выдвижных платформ щита в направлении
забоя. Забойные домкраты применяют для обеспечения прижатия лобовых досок к
поверхности забоя. Усилие каждого домкрата около 5 тс. Эти гидродомкраты
работают под давлением 30—50 ат. По характеру работы и распределению жидкости
они отличаются от щитовых гидродомкратов, являясь гидравлическими машинами
двойного действия.
Весь комплекс гидравлического оборудования щитов состоит
из щитовых, платформенных и забойных домкратов, гидравлической коммуникации с
гидронасосами и аппаратуры управления гидросистемой.
В соответствии с назначением домкратов гидравлическую сеть
разделяют на системы высокого давления (200—300 ат) и среднего давления
(35—50 ат). Системы образуют замкнутый цикл движения рабочей жидкости: первая
— от насосов на опорной конструкции до щитовых домкратрв и обратно; вторая —
от гидронапорной установки до забойных и платформенных домкратов и обратно.
Рабочее давление жидкости создается гидронасосами, устанавливаемыми на
щите или же на тележке укладчика сборных обделок
(эректора), следующего непосредственно за щитом.
В зарубежной практике (США, Англии, Японии, Швейцарии)
созданы механизированные щиты различных конструкций диаметром до 12 м и более для проходки туннелей в мягких породах и породах средней крепости, а также для проходки
без взрывных работ скальных пород с коэффициентом крепости f = 4 4-10
(песчаники, известняки, сланцы, граниты).
Интерес представляют последние модели щитов фирм
«Greenside- Мс Alpine» (Англия) и «Atlas Сорсо» (Швеция), применивших новые
способы разработки породы.
Большинство машин для проходки туннелей разрушает породу
шарошечными долотами или дисковыми режущими головками, установленными на всей
площади режущей лобовой поверхности с учетом охвата всего профиля туннеля.
Такое устройство требует высокого осевого давления, обеспечивающего
эффективную работу каждого инструмента, что обуславливает тяжелую конструкцию
рамы машины и большой расход энергии.
В щитах фирмы «Greenside-Мс Alpine» одна или две
вращающиеся режущие головки ( 203) передвигаются по своим направляющим,
которые, в свою очередь, вращаются (на 360е) относительно оси щита. Так как
резка полного профиля туннеля требовала бы приложения большого осевого
усилия, режущие головки сначала врезаются в породу на глубину около 0,5 м, для чего требуется осевое усилие, достигающее 12 тс. Посла этого головки продолжают резать
породу, передвшаясь в радиальном направлении, в то время как их направляющие
вращаются вокруг своей оси, не требуя приложения осевого усилия.
Машина может работать в породах с сопротивлением сжатию до
2000 кгс/см'2. Такой щит может производить проходки туннелей круглого сечения
и дугообразного профиля. Все' узлы щита имеют массу не более 5 т, что
облегчает их монтаж, демонтаж и транспортирование под землей.
Механизированные щиты фирмы «Atlas Сорсо» для проходки
туннелей в твердых породах снабжаются четырьмя режущими головками ( 204), при
совместной работе которых можно проходить туннели сечением, близким по форме
к четырехугольному.
Исполнительным органом машины являются четыре вращающиеся
планшайбы с укрепленными на них резцами, оси которых образуют некоторые углы
с осью щита. Первоначальный вруб осуществляется резцами, образующими в забое
зарубные концентрические спиральные щели глубиной 150—200 мм. Затем вступают
в работу следующие за резцами клинообразные скалыватели, которые разрушают
целики породы между врубами на крупные куски. Так как при такой конструкции
исполнительного органа силы резания действуют в плоскостях, которые наклонены
к оси туннеля, то осевое усилие, действующее на машину, сравнительно
невелико. Эта машина предназначена для проходки туннелей в очень крепких
породах со средним сопротивлением сжатию 1650 кгс/см2.
Работа современных проходческих машин чаще всего построена
на принципе крупного скола. Это относится к машинам, предназначенным для
проходки туннелей диаметром до 11 м в крепких и средней крепости породах. Для
проходки в скальных породах обычно используют щиты с режущим органом в виде
вращающихся дисков, или роликов и шарошек с режущей кромкой из твердых
сплавов или армированных алмазами. Такие резцы вырабатывают в породе
концентрические щели, а целики породы между ними разрушаются скалывающими или
ударными инструментами.
Зарубежный опыт показывает, что механизированные щиты
могут работать с хорошими технико-экономическими показателями в крепких
породах прочностью до 1800—2000 кгс/см2. Для проходки туннелей в породах
более высокой крепости (гранит, гнейс, базальт) пока экономичнее буровзрывной
способ.
Геометрические размеры проходческого щита определяют
исходя из следующих данных. Внутренний диаметр оболочки щита должен превышать
наружный диаметр туннельной обделки на величину строительного зазора, обычно
принимаемого равным 1/12Е> диаметра туннельной обделки. Наружный диаметр
оболочки щита Ощ определяется наружным диаметром обделки d, толщиной оболочки
60 и строительным зазором е — 0,008 d, оставляемым для обеспечения
маневренности щита, т. е. для ведения работ на кривых в плане и профиле, а
также для удобства сборки обделки
Количество щитовых домкратов определяется величиной
осевого усилия, которое необходимо создать для преодоления сопротивлений,
возникающих при передвижении щита. Суммарное усилие всех щитовых домкратов
должно быть больше сопротивления трения наружной поверхности оболочки щита о
породу и хвостовой части оболочки с обделкой. В случае вдавливания ножевой
части в породу усилие домкратов должно быть увеличено соответственно
сопротивлению породы при вдавливании ножа.
|