§ 90. ЩИТЫ ДЛЯ ПРОХОДКИ В НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОДАХ (ч. 1)

В зависимости от структуры и естественного состояния неустойчивые породы разделяют на две группы: породы раздельно-зернистой структуры (гравий, пески) и породы агрегатной структуры (суглинки, супеси и пылеватые водонасыщенные пески — плывуны, а также илы).

Проходку тоннелей в породах первой группы можно осуществлять обычными щитами, оборудованными дополнительным ограждением в каждой рабочей ячейке. При этом требуется особая тщательность и внимание, чтобы избежать выпуска породы.

Процесс проходческих работ трудоемок; при отсутствии средств механизации необходима высокая квалификация рабочих.

Проходка в породах второй группы еще более сложна, так как требует применения сжатого воздуха как средства для частичного осушения забоя на ограниченном расстоянии впереди щита.

В современной технике тоннелестроения применяют специальные щиты для механизированной проходки тоннелей в породах обеих групп.

Для механизации проходческих работ в породах раздельно-зернистой структуры (пески, гравий) имеют широкое применение щиты с активными горизонтальными полками.

Эти щиты могут быть выполнены с жестко закрепленными полками; с отдельными выдвижными полками; с обоймами выдвижных полок; с единой подвижной обоймой полок и полками различного типа, оснащенными дополнительными устройствами для разработки и уборки породы.

Щиты с жесткими полками включают следующие элементы активного воздействия на забой: задний дозирующий элемент, поворачиваемый в вертикальной плоскости; вибрирующие полки; конвейерные полки.

Щит с горизонтальными рассекающими полками 1 (рис. 315) вдавливают в песчаный грунт при открытом забое с образованием осыпей 2 на каждом ярусе полок, благодаря чему отпадает необходимость крепления забоя. Для уменьшения сопротивления элементам щита должны быть приданы рациональные формы и размеры. Число разделительных полок, их длину и общую длину ножевого кольца назначают из условия недопущения опрессования грунта и удобства его механизированной выдачи от забоя.

Хорошие результаты достигнуты при проходке в песках щитом, у которого верхняя и нижняя полки были оснащены поворотными дозирующими элементами, а средняя полка — тонким конвейером, приводимым в действие при помощи троса от штока щитового домкрата. В боковых нижних отсеках были помещены вибрируемые листы для направления породы к центру щита. Таким щитом на Московском метрополитене была достигнута месячная проходка 430,6 пог. м тоннеля.

На практике испытан щит с двумя выдвижными полками и поперечными транспортерами, перемещавшими породу к центральному отверстию в горизонтальной перегородке, откуда порода попадала на конвейер погрузочной машины.

Щит для проходки тоннелей в песках также может быть оснащен ограждением в каждой ячейке, механизирующим проходку и крепление забоя при помощи виброкрепи (рис. 316).

 

Такое механизированное ограждение представляет собой режущие устройства 1, связанные в решетчатую систему. Последняя под направленным воздействием вибратора 2 внедряется в массив с одновременным отбором сыпучей породы. По мере использования хода виброкрепи осуществляют продвижение всего щита. Такие циклы работ периодически завершают укладкой очередного звена обделки под защитой хвостовой части оболочки щита. Благодаря соответственно выбранной высоте ячеек виброкрепи и их глубине обеспечивается устойчивость забоя (под углом обрушения) в каждой ячейке и отбор породы естественным осыпанием через направляющие лотки на продольные транспортеры.

Расчетные параметры такой виброкрепи (глубина внедрения, число и амплитуда вибрации, возмущающие силы и т.п.) устанавливают в зависимости от физико-механических свойств породы и требуемых темпов проходки.

Для проходки тоннелей в водонасыщенных песках (плывуны) в последнее время разработано несколько разновидностей так называемых герметизированных щитов. Их основное назначение — осуществлять проходку тоннелей без применения сжатого воздуха за счет специального конструктивного выполнения головной части, строительного зазора и самой обделки.

Из целого ряда имеющихся предложений рассмотрим наиболее глубоко проработанную систему гидромеханизированного герметического щита (рис. 317), основанную на теоретико-экспериментальном исследовании комплекса вопросов тоннелестроения, механики грунтов и гидравлики, проведенном в ЦНИИСе Минтрансстроя.

Основные требования, которым должна удовлетворять система герметического щита, относятся к полной безопасности, высоким темпам и качеству выполнения тоннельных работ.

Главным условием следует считать сохранение устойчивости забоя под действием двух внешних сил — собственного веса грунта и гидродинамического давления. Последнее представляет собой давление фильтрационного потока на скелет грунта; оно, очевидно, зависит от положения горизонта воды относительно грунтового массива.