Сооружение тоннеля щитовым способом

Рис. Расчетная схема упругого свободно деформирующегося кольца

 

 

Постоянная нагрузка от вертикального горного давления.

 

Равномерно распределенную по пролету обделки нормативную нагрузку от вертикального горного давления определяют в зависимости от возможности или невозможности образования над выработкой свода обрушения.

Когда сводообразование возможно:

,

учитывая расчетный коэффициент n=1.4

   q *1.4=13,36 т/м2

 

где  - высота свода обрушения определяется по формуле

где - пролет свода обрушения:

Сводообразование считается возможным, когда в толще пород от верха тоннеля до земной поверхности можно разместить не менее чем две высоты свода обрушения, то есть .

 

Постоянная нагрузка от горизонтального горного давления.

 

Равномерно распределенную по высоте обделки нормативную нагрузку от горизонтального (бокового) горного давления Рн, при невозможности сводообразования над тоннелем определяют по формуле:

 

учитывая расчетный коэффициент n=1.2

   Р *1.2= 7,9т/м2

 

Постоянная нагрузка от собственного веса обделки.

 

За нормативную нагрузку от собственного веса обделки и внутритоннельных конструкций принимают вес одного  квадратного метра обделки. Нагрузку от собственного веса обделки в расчетах не учитываю, так как она мала по сравнению с расчетной нагрузкой от веса толщи пород залегающих над тоннелем.

 

 

 

8. Производство работ  по сооружению тоннеля.

 

Щитовой способ сооружения тоннелей - щитовая проходка, основан на применение в забое специального агрегата - проходческого щита. Щит представляет собой подвижную металлическую крепь надежно ограждающую забойную зону от окружающего грунтового массива. Под его защитой выполняются основные операции проходческого цикла:

• разработка грунта,
• укрепление забоя,
• уборка грунта,
• возведение обделки.

Достоинства щитового способа:

1. место возведение обделки более приближено к забою,
2. контур выработки надежно защищен  щитом,
3. отсутствие временной крепи контура выработки,
4. меньшее использование труда и материала на возведение временной крепи,
5. широкий диапазон применения,
6. высокая безопасность работ, полная механизация работ,
7. максимально приближенное очертание выработки к обделке.

В  данном курсовом проекте сооружение тоннеля осуществляется щитовым способом с применением проходческого щита. Проходческий щит предназначен для защиты призабойной зоны от обрушения на период выполнения всех основных операций производственного процесса от разработки забоя до возведения обделки. Под защитой ножевого кольца за один или несколько приемов разрабатывается забой на одну заходку длиной равной ширине кольца обделки (0.5м), с одновременной уборкой разрыхленного грунта. После разработки забоя включаются щитовые гидравлические домкраты, расположенные по всей окружности опорного кольца. Отталкиваясь от готовой обделки, щит передвигается вперед в разрабатываемый массив грунта. Затем, включая обратный ход, убираются штоки гидроцилиндров в исходное положение и под защитой оболочки щита возводят обделку из сборных элементов, одновременно разрабатывая забой на следующую заходку. Таким способом обеспечивается поточный метод ведения работ. Организация работ при сооружении тоннеля щитовым способом зависит от типа принятого щита, вида и конструктивных особенностей обделки тоннеля. Комплексная механизация технологического процесса  достигается не только за счёт оборудования, расположенного на щите, но и за счет оборудования, расположенного за щитом на технологической платформе. Такой комплекс, основу которого составляет проходческий щит, называют щитовым комплексом.

 

 

 

 

9. Выбор схемы щитового комплекса

 

При выборе типа щита и способа проходки следует иметь ввиду следующее: в неустойчивых , слабых, обводненных породах применяют специальные гидромеханические механизированные щиты с жесткими рассекающими перегородками. В перегонных тоннелях метрополитена применяют щиты со средними размерами (d = 3,5-6м; A = 16-30 м2).В мягких породах (f = 0,8) применяют механизированный щиты, оснащенные специальным породоразрушающим органом в закрытых забоях. Так как порода обладает большим горным давлением используется тяжелый щит, весом 120-350 т.

Технология проходки тоннелей комплексом с  механизированными щитами предусматривает ведение основных производственных процессов:

- разработку грунта с применением  ручного механизированного инструмента (пневматические молотки, перфораторы);

- крепление забоя вручную с  помощью инвентарного деревометаллического  крепления и приспособлений в  щите;

- погрузку грунта в транспортные  средства с помощью автономных  породопогрузочных машин в вагонетки и его транспортирование на поверхность или к порталу тоннеля;

- передвижение щита в разработанное  в грунте впереди него пространство;

- монтаж с применением укладчиков  сборной железобетонной обделки;

- проведение первичного нагнетания  в первое кольцо, сошедшее с оболочки щита;

- гидроизоляционные работы - повторное  нагнетание, гидроизоляцию болтовых  и пробковых отверстий, чеканку  швов;

- транспортировку конструкций  и материалов.

 

Условия применения  механизированных щитов включает весь диапазон инженерно-геологических условий, встречающихся при строительстве. Установку крепления производят по ячейкам сверху вниз на основании технологической карты и паспорта крепления забоя, утвержденного главным инженером строительного управления. Крепление забоя осуществляют с помощью горизонтально расположенных досок, прижимаемых к забою через брусья забойными гидроцилиндрами с металлическими распорами. Кровлю забоя и бока по мере разработки грунта закрепляют в пределах верхней половины щита по всему периметру или его части различными способами:

- деревянной затяжкой, закладываемой  в штрабу в забое и за  ножевую часть щита;

- специальными выдвижными домкратами-шандорами, устраиваемыми в верхней и  боковой ножевой частях щита.

 

 

 

 

9.1. Определение геометрических  размеров щита.

 

Для детального конструирования щита необходимо произвести расчет, чтобы установить размеры основных элементов щита, определить сопротивление преодолеваемое щитом при продвижении его в выработке.

Определяем диаметр щита:

,

где - величина строительного зазора между внутренней поверхностью оболочки щита и наружным контуром обделки,

- толщина оболочки щита равная 60 мм;

- наружный диаметр обделки равный 5.1 м.

Полная длина щита складывается из длины ножевого кольца, длины опорного кольца и длины свободной части оболочки:

,

где - длина ножевого кольца по верху зависит от степени устойчивости грунтов в забое. В неустойчивых грунтах равна 1,3÷1,9 м. длину ножевого кольца по низу уменьшают на 0,4÷0,5 м, получаем м;

  - длина опорного кольца, зависит от длины щитового домкрата и назначается  м;

- длина свободной части оболочки  равна: ,

где - длина перекрытия обделки оболочки м;

- длина свободного промежутка  между опорной площадкой плунжера и плоскостью кольцевого борта обделки, равна 0,2м;

- длина выступающей части домкрата - 0,7 м.

 м.

Длина и диаметр связаны соотношением  ,

Где М – числовая величина, характеризующая маневренную способность щита.

 

9.2. Расчет усилий передвижки щита.

 

Для обеспечения передвижки щита необходимо:

,

где F - расчетное усилие передвижки щита,

R – расчетное предельное сопротивление этому передвижению,

- коэффициент условий работы,

- коэффициент надежности.

 

, где

 

- сила трения по наружной  поверхности щита,

- сила трения между внутренней поверхностью щита и наружной поверхностью обделки,

- лобовое сопротивление передвижению  щита.

 

= 850 т – вес щита

 

- коэффициент трения металла  по грунту, равный 0,55.

Силы трения между оболочкой и обделкой отсутствуют, т. к. хвостовая оболочка щита имеет вырез в лотковой части нижние блоки обделки укладываются на породу.

 

W2 = 0

(при шандорном закреплении забоя).

= 1191+0+207,11=1398,11 т/м2 .

 

Определяем суммарное усилие щитовых домкратов:

,

где - коэффициент запаса, равный 2;

 т,

 т.

Определяем усилие, приходящееся на  один домкрат:

 т,

где - количество домкратов.