5.2. Выбор схемы проходческого щитового комплекса

5.2.1. Общие положения

В проекте выбор типа проходческого комплекса следует производить исходя из заданных инженерно-геологических и гидрогеологических условий, назначения и длины тоннеля, предполагаемых скоростей проходки. При этом определяющим является выбор типа проходческого щита. При выборе типа комплекса в ходе выполнения курсового проекта следует руководствоваться данными, приведенными в табл. 2 Приложения.

В грунтах с изменяющимися физико-механическими свойствами должны применяться механизированные щиты со сменными исполнительными органами, работоспособными в заданных инженерно-геологических условиях. При курсовом и дипломном проектировании типовые комплексы могут применяться с конструкциями обделок, отличающихся по диаметру от перегонных тоннелей метрополитена, при условии внесения соответствующих изменений в размеры щита, укладчика и другого оборудования. При установлении технологической схемы разрешается использовать машины и агрегаты из разных типовых комплексов.

При ухудшении свойств грунтов следует предусматривать возможность внесения таких изменений в конструкцию щита, как перевод герметизированного щита в открытый режим или режим активного пригруза забоя, снятие исполнительного рабочего органа и превращение щита в немеханизированный, установка защитных козырьков в ножевой части и горизонтальных площадок, внедряемых в грунт, установка дополнительных забойных гидроцилиндров и т. п.

Тип укладчика обделки должен соответствовать принятой конструкции обделки и способу транспортирования грунта из забоя.

Не рекомендуется применять в курсовых проектах механизированные щиты в комплексе с рычажными укладчиками обделки, так как это не позволяет совмещать во времени процессы разработки забоя и монтажа обделки.

Остальные элементы проходческих комплексов (технологические тележки, передвижные платформы, транспортные средства и т. п.), идентичные по своему устройству, должны иметь размеры, соответствующие диаметру обделки тоннеля.

5.2.2. Выбор типа щита

Немеханизированные щиты могут быть применены в различных грунтах, начиная от неустойчивых водонасыщенных (один из специальных способов проходки) и кончая скальными грунтами, разрабатываемыми буровзрывным способом.

Конструкции немеханизированных щитов изготавливаются как с открытой, так и закрытой головной частью. Щиты с открытой головной частью используются в самых разнообразных инженерно-геологических условиях, в том числе в слабоустойчивых грунтах естественной влажности. В этом случае головная часть щита оснащается приспособлениями для крепления забоя: забойными щитовыми гидроцилиндрами для реализации шандорного крепления, жесткими площадками, разделяющими ее на ярусы для формирования нескольких более мелких осыпей, режущими решетками.

В обводненных неустойчивых грунтах применяют щиты с закрытой головной частью, отделенной от опорного кольца герметичной диафрагмой.

Применение механизированных щитов рационально для тоннелей значительной протяженности (длиной более 500 м) в однородных грунтах с f  = 0,6…7. Конструкция механизированных щитов специализирована, т. е. предназначена для определенных геологических и гидрологических условий, в которых их работа экономически эффективна.

Т аблица 5.1

Классификация щитов в зависимости от области их рационального применения

№ п/п	Наименование щита и исполнительного органа	Плывуны, f = 0,1– 0,3	Мягкие глины, пылевые пески, f = 0,3– 0,5	Пески, супеси, суглинки, глины, гравий, f = 0,5– 0,8	Плотные глины, щебень, f = 0,8– 1,5	Слабые скальные грунты, f = 1,5– 2,5	Скальные средней крепости, f = 2,5– 4	Крепкие скальные грунты
								f = 4– 6	f = 6– 10
1	Немеханизированные щиты с открытой головной частью	–	+	+	+	–	–	–	–
2	Немеханизированные щиты с закрытой головной частью	+	–	–	–	–	–	–	–
3	Щиты с комбинированными горизонтальными площадками	–	+	+	–	–	–	–	–
4	Щиты с роторным исполнительным органом:
а	– герметизированные с активным пригрузом забоя	+	+	+	–	–	–	–	–
б	– с пластинчатыми резцами	–	+	+	–	–	–	–	–
в	– со стержневыми резцами	–	–	–	+	+	+	+	+
г	– с шарошками и дисками	–	–	–	–	–	+	+	+
5	Щиты с планетарным исполнительным органом	–	–	–	+	+	+	–	–
6	Щиты с экскаваторным исполнительным органом	–	–	–	+	+	–	–	–
7	Щиты со стреловым фрезерным исполнительным органом	–	–	–	–	+	+	+	–

При выполнении курсового проекта выбор щита может производиться по табл. 5.1 в зависимости от области его рационального применения в конкретных инженерно-геологических условиях.

Щиты с роторным исполнительным органом получили наибольшее распространение среди механизированных щитов и применяются в различных инженерно-геологических условиях, начиная от нескальных грунтов с f  ≥ 0,5 до скальных с f = 4…6. Исполнительные органы роторных щитов могут быть двух типов: дисковые и лучевые. Основные технические характеристики щитов с роторным исполнительным органом представлены в табл. 2 Приложения. Конструктивные решения щитов роторного типа приведены в [1, с. 231–233; 6, с. 142–143].

При проходке тоннелей в сухих и плотных суглинках, глинах, мергелях и глинистых сланцах с коэффициентом крепости грунта 1 < f < 2,5  нашли применение щиты с планетарным и экскаваторным исполнительными органами. Конструктивные решения щитов таких типов приведены в [1, с. 233–236; 6, с. 140–147].

В грунтах с изменяющимися физико-механическими свойствами рекомендуется применять щиты со сменным исполнительным органом. Так, например, при проходке в скальных грунтах экскаваторный орган может быть заменен на фрезерный. Конструктивные решения щитов приведены в [1, с. 236–237; 6, с. 140, 147].

При проходке в сыпучих и малоустойчивых песчаных грунтах естественной влажности нашли применение щиты с комбинированными горизонтальными площадками. Конструктивные решения щитов такого типа приведены в [1, с. 226–228; 6, с. 141].

Для проходки тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях, в обводненных грунтах используются специальные щиты с активным пригрузом забоя. В зависимости от особенностей грунтов, величин горного и гидростатического давлений, глубины заложения и прочих факторов в изолированной призабойной камере этих щитов создается пригруз сжатым воздухом (воздушный пригруз), уплотненной грунтовой пробкой (грунтовый пригруз) или раствором бентонитовых глин (гидропригруз), уравновешивающий гидростатическое давление на забой и препятствующий его обрушению. Основные технические характеристики щитов с роторным исполнительным органом и активным пригрузом забоя приведены в табл. 2 Приложения. При конструировании щитов разрешается использовать технические характеристики существующих щитов с учетом изменения диаметра обделки.