§ 89. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЩИТЫ ДЛЯ ПРОХОДКИ В МЯГКИХ ПОРОДАХ (ч. 1)
Для механизированных щитов, разрабатывающих мягкие слабоустойчивые породы (например, спондиловые глины), характерно применение планшайбы рабочего органа, используемой в необходимых случаях для крепления забоя. Рабочими инструментами служат строгающие пластины и стержневые резцы. Первые применяют для разработки влажных вязких пород, а вторые — для сухих мягких устойчивых пород с размещением тех и других непосредственно на планшайбе или на рабочих дисках — фрезах. Скорость резания породы пластинами при вращении планшайбы со скоростью 2—3 об/мин, как правило, мала. У резцовых рабочих органов скорость резания находится в пределах от 0,4 до 2,0 м/с, причем верхний предел относится к более мягким породам.
Подачу рабочего органа на забой осуществляют, как правило, независимо от щита при помощи специальных гидравлических домкратов. В отдельных случаях возможно перемещение вместе со щитом с использованием щитовых гидравлических домкратов, упирающихся в постоянную или временную крепь, а также в специальные распорные кольца.
Вместе с тем в более устойчивых мягких породах (например, кембрийские глины) находят применение автономные проходческие машины, ведущие разработку породы под защитой щита с открытым забоем.
Механизированные щиты для мягких пород, будучи широко распространены в мировой практике, очень разнообразны по конструкции и по способам разработки забоя и в ряде случаев являются индивидуальными опытными агрегатами, созданными для конкретных условий проходки. Отдельные конструкции полностью освоены и успешно применяются в определенных геологических условиях на многих тоннельных строительствах.
В Советском Союзе на основе отечественного и зарубежного опыта создан ряд конструкций механизированных щитов. К числу осуществленных в Советском Союзе проходческих машин со своеобразной кинематической схемой режущего органа, работающих по принципу вращательного режима, могут быть отнесены механизированные щиты, успешно примененные на проходке тоннелей Ленинградского и Московского метрополитенов (рис. 309).
Режущая часть ленинградского механизированного щита (рис. 309, а), предназначенного для проходки в сухих глинах, построена на принципе машин планетарного действия и имеет следующие элементы: неподвижную опорную станину с направляющими; корпус с главным приводом; крестовину-водило; шесть дисковых фрез; выдвижной одиночный резец; погрузочное кольцо с ковшами; механизм подачи и аппаратуру управления.
Крестовину-водило подают вперед на забой масляным домкратом и приводят во вращательное действие через систему шестерен от электродвигателя. Мощность электродвигателя (100 кВт) передают на главный вал водила и главную (солнечную) шестерню, которая, вращаясь, приводит во вращение шестерни режущих дисков. В результате сложного движения резцы дисковых фрез описывают в пространстве удлиненную гипоциклоиду и при этом срезают и скалывают породу в забое.
Срезанную породу поднимают ковшами, вращающимися вместе с водилом, и далее через люк в диафрагме высыпают на ленточный транспортер, затем на второй транспортер внутри полого вала тюбингоукладчика и, наконец, на третий в пределах вспомогательной тележки. Таким образом, породу непрерывным потоком передают по системе транспортеров в бункер и далее в вагонетки.
Для укладки одного кольца обделки породу в забое разрабатывают в две заходки. Вначале разрабатывают породу выдвижением машины из щита на длину до 575 мм и режущую часть возвращают в исходное положение. Затем повторяют цикл резания, перемещая при этом весь корпус щита гидравлическими домкратами. По окончании передвижки щита укладывают кольцо обделки с одновременным резанием породы для новой заходки. Скорость проходки такой машины 12—15 пог. м/сутки.
Режущая часть московского механизированного щита (рис. 309, б) включает подвижную станину, корпус с главным приводом, водило с дисками и резцами, погрузочное кольцо с двусторонними ковшами, механизм подачи и аппаратуру управления. Вращение погрузочного кольца и дисков — реверсивное от двух одновременно действующих электродвигателей и системы передач, что предотвращает поворот корпуса щита относительно его продольной оси.
К корпусу привода жестко прикреплено солнечное зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с приводными шестернями дисков, прокатываемыми по колесу. Каждый резец при этом совершает движение по удлиненной эпициклоиде. Весь исполнительный орган размещен на станине, передвигаемой гидравлическим домкратом со скоростью 8—10 мм/мин.
В результате вращательного действия водила и дисков при одновременном поступательном перемещении всей машины резцы разрушают породу, которую убирают при помощи ковшей, автоматически сбрасывающих поднятую породу через люк на лоток и далее на скребковый транспортер, расположенный в верхней части щита. После выдвижения исполнительного органа на длину до 550 мм машину перемещают в исходное положение и, передвигая щит, повторяют цикл резания.
Скорость проходки такой машины 10—12 пог. м/сутки.
Основные достоинства машины планетарного действия: одинаковая для всех резцов величина моментов резания; отсутствие реактивных моментов, приводящих к повороту щита относительно его продольной оси; малая чувствительность режущей части и электропривода к ударным воздействиям при встрече резцов с твердыми включениями; сравнительно небольшой удельный расход электроэнергии на разработку породы — от 3,2 до 4,0 кВт·ч на 1 м3 породы; высокий КПД машины; равномерное изнашивание резцов — 30—60 г победита на 1 пог. м проходки.
К существенным недостаткам машины следует отнести ее сложность; значительное пылеобразование при резании как следствие излишнего дробления породы; изнашиваемость зубьев шестерен вследствие попадания пыли; ограниченность применения таких машин условиями невысокой прочности пород — от 50 до 250 кгс/см2 с отдельными включениями прочностью до 500 кгс/см2 (московский щит) и отсутствием вязкости проходимых пород.