§ 84. ЩИТЫ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ

Наравне со щитами средних и больших диаметров имеют широкое применение щиты с малыми размерами поперечного сечения (наружным диаметром 3,6; 3,0; 2,6 м) преимущественно для сооружения коммунальных и гидротехнических тоннелей.

Щит диаметром 3 м (рис. 293), впервые примененный в Советском Союзе на строительстве тоннелей коммунального хозяйства, представляет собой сборную из литых элементов конструкцию с двухслойной оболочкой 2, перекрывающей щит на всю его длину. Ножевая часть 3 и опорное кольцо 4 состоят из шести стальных элементов. Для повышения жесткости щита между основными частями несущей конструкции помещается диафрагма.

Общий вид щита диаметром 3 м
Рис. 293. Общий вид щита диаметром 3 м

К основным особенностям щита относится выдвижной козырек 1 (аванбек), приводимый в действие четырьмя гидравлическими домкратами.

При конструировании щитов малых диаметров предусмотрена заводская сборка. Щит массой 19 т опускают через ствол шахты в собранном виде.

Щит диаметром 2,6 м (рис. 294) в отличие от ранее рассмотренного представляет цельносварную конструкцию, которую можно рассматривать как прототип современных щитов.

Конструкция щита диаметром 2,6 м
Рис. 294. Конструкция щита диаметром 2,6 м

Оболочка щита 1 входит в состав несущей конструкции, с внутренней стороны которой помещаются три кольцевые диафрагмы 2, образующие ножевое и опорное кольца. В плоскости передней кольцевой диафрагмы имеется съемное сплошное ограждение с приемным отверстием 3 размером 250×250 мм для проходки в условиях плывунных пород. В диафрагме имеются запираемые двери размером 650×900 мм. Эти двери могут быть открыты для доступа к забою и уборки валунов. При проходке в устойчивых породах все лобовые ограждения могут быть сняты.

С целью механизации работ в щите предусмотрена возможность установки проходческой машины, поэтому в лобовой диафрагме имеется одно отверстие 4 для рабочего вала, другое — для транспортера, а в опорном кольце — горизонтальные балки для крепления машины.

В кольцевых диафрагмах предусмотрены отверстия для пропуска и крепления щитовых домкратов.

Общая масса щита (с домкратами) около 14 т. Щит перевозят и опускают в ствол шахты в собранном виде.

§ 85. ПОЛУЩИТЫ И СВОДЧАТЫЕ ЩИТЫ

Для проходки тоннелей в смешанных породах — крепких внизу и мягких или неустойчивых наверху разрабатываемого сечения тоннеля, а также для реконструкции эксплуатируемых тоннелей рационально применять щиты незамкнутого профиля так называемые полущиты. Полущит представляет собой подвижную стальную крепь, имеющую форму верхней части поперечного сечения тоннеля.

Основанием для полущита могут служить естественная порода, тщательно подрабатываемая перед каждой передвижкой полущита, монолитные опоры, предварительно сооружаемые в штольнях или тоннелях небольшого диаметра, искусственные сборные конструкции, возведенные при проходке боковых тоннелей, а также стены реконструируемых тоннелей.

Проходческие работы в верхней части сечения тоннеля ведут под защитой металлической конструкции полущита. Нижнюю часть сечения при наличии опор разрабатывают по схеме обычного открытого способа с применением средств крупной механизации, что и относится к достоинствам этого способа. Монтажные работы осуществляют последовательно в верхней и нижней частях или одновременно по всему сечению.

Для проходки тоннелей больших пролетов, например односводчатых станций метрополитенов, могут быть применены полущиты эллиптического или коробового очертания. Предварительно в направляющих штольнях или тоннелях, располагаемых параллельно основной выработке, должны быть возведены опорные стены. Такие тоннели могут быть пройдены обычными или механизированными щитами диаметром 3—5 м и закреплены облегченной обделкой. Опорные стены войдут в состав конструкции будущей станции.

После сооружения и выстойки стен приступают к проходке полущитом с частичной разборкой обделки боковых тоннелей. Разработка ядра обычно ведется после окончания всех монтажных работ.

В отечественной практике полущиты применялись при сооружении станций метрополитенов глубокого заложения и при реконструкции железнодорожных тоннелей. Зарубежная практика имеет ряд примеров применения полущитов для сооружения крупных городских тоннелей и подходов к подводным тоннелям пролетом до 15 м.

Полущиты могут найти применение при сооружении перегонных тоннелей, станций метрополитенов различного типов, а также тоннелей больших поперечных сечений любого назначения.

Сводчатые щиты могут быть применены для реконструкции эксплуатируемых и проходки новых транспортных тоннелей подковообразного очертания1.

Полущит для проходки средней части станции метрополитена колонного типа (рис. 295) представляет собой стальную сборную подвижную крепь в виде арки с затяжкой из укрупненных элементов сварной конструкции.

К основным элементам полущита относятся: оболочка 1, опорная арка 2 с затяжкой 3, служащая одновременно и платформой для разборки забоя, перегородки 4, работающие как подвески и делящие полущит на отдельные ячейки.

Вертикальные перегородки, состоящие из листа (δ = 30 мм), усиленного уголками, служат опорами для крепления забоя посредством гидравлических домкратов.

Конструкция полущита
Рис. 295. Конструкция полущита

Опорная арка делит полущит по длине на хвостовую и ножевую части. Первая образуется сводчатой оболочкой, а вторая — той же оболочкой, но усиленной треугольными ребрами жесткости, приходящимися против каждого щитового домкрата. Для возможности монтажа полущита в стесненных подземных условиях и удобства транспортных работ конструкция оболочки, опорной арки и затяжки выполняется из укрупненных элементов, собираемых на болтах.

Оболочку и опорную арку составляют из шести-семи монтажных элементов, включающих по два щитовых домкрата. Каждый монтажный элемент представляет собой коробчатую сварную конструкцию, снабженную по краям ребрами жесткости и средней диафрагмой из стальных листов (δ = 22÷30 мм).

В опорных элементах помещают продольные диафрагмы (δ = 30 мм), служащие местом прикрепления затяжки. Затяжка состоит из шести—восьми швеллеров (№ 24—26), покрытых листовой сталью (δ = 20÷22 мм) и образующих рабочую площадку.

Опорные части полущита имеют шарниры, обеспечивающие равномерное давление на катки при любых перекосах последних. Опорную плоскость 5 под катки 6 создают при помощи стальных подкладок, укладываемых на строганых плоскостях фасонных тюбингов боковых тоннелей через клинья. После каждой передвижки полущита подкладку, состоящую из трех частей, и два катка переносят в ножевую часть.

При сооружении двух- и трехсводчатых станций метрополитенов, а также автодорожных и городских тоннелей может быть применена конструкция полущита полуциркульного очертания. В такой конструкции возможно использование опорных частей как каткового, так и скользящего типа. Последние выполняются в виде пакета продольных балок с накладным листом и применяются в пластичных породах.

В отличие от щитов кругового очертания нижняя лотковая часть сводчатых щитов (рис. 296) может быть прямолинейной. Нож, опорную часть и оболочку выполняют из укрупненных элементов сварной конструкции из листовой стали, соединяемых на точеных болтах; иногда нож и опорную часть изготовляют из литого чугуна. В дальнейшем возможно придание сводчатым щитам геометрически изменяемых форм, приспосабливаемых к местным условиям, и их оснащение средствами механизации проходки.

Конструкция сводчатого щита
Рис. 296. Конструкция сводчатого щита

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены