Технология ведения щитовой проходки

Работа с грунтопригрузом  обеспечивается регулированием действия системы продвижения тоннелепроходческого комплекса и забойного ленточного конвейера в ручном или автоматическом режиме. Давление породы постоянно  контролируется сетью датчиков, которые  передают данные на пульт оператора  и на электронную систему управления тоннелепроходческим комплексом. Подшипник  главного привода защищен опрессованной  системой уплотнения, регулируемой автоматически  независимо от ручного или автоматического  режима работы с грунтопригрузом.

Все органы управления и  контрольно-измерительные приборы  комплекса сосредоточены на пульте оператора, расположенного внутри неподвижной  оболочки комплекса таким образом, что позволяют без помех наблюдать  за выходом породы из исполнительного  породоразрушающего органа и монтажом обделки тоннеля.

Для обеспечения безопасности на комплексе устанавливаются взрывозащищенные двигатели, кожухи, осветительная арматура и трехфазная распределительная  система. Имеется система обнаружения  метана; при превышении установленной  концентрации она отключает электропитание.

Для предотвращения горизонтального  перекоса предусмотрена электроблокировка  системой датчиков для автоматического  останова комплекса при превышении установленных пределов.

Тоннелепроходческий комплекс, предлагаемый для строительства  тоннеля, представляет собой комплекс с системой грунтопригруза, способной  поддерживать забой, уравновешивая  давление грунта и воды, а также  воздействовать на грунт посредством  нагнетания химических реагентов.

Удаление разработанной  породы осуществляется ленточным конвейером, расположенным в нижней части  камеры породоразрушающего органа. Забойный ленточный транспортер сопряжен с магистральным ленточным транспортером, обеспечивающим перегрузку на подвижной  состав.

Кольцевое пространство за бетонными блоками тут же заполняется  цементным раствором, который постоянно  нагнетается из хвостовой оболочки тоннелепроходческого комплекса.

Комплекс рассчитан на работу в двух режимах - открытом и  закрытом.

Открытый  режим.

Если характер забоя не требует постоянного пригруза, ТПК  действует в "открытом режиме". Пригруз забоя при этом осуществляется породоразрушающим органом механическим путем, а поток разработанной  породы от забоя в камеру регулируется водонепроницаемыми открывающимися перегородками. Разработанная порода накапливается  в приемной камере ротора, но не оставляется  там для создания давления грунта, а удаляется ленточным конвейером. В результате давление в камере равняется  нулю. Непрерывно работающий ленточный конвейер эффективно удаляет большие объемы разработанного грунта за короткое время.

Закрытый  режим.

Режим разработки породы с  грунтопригрузом обеспечивает постоянный пригруз забоя тоннеля путем  уравновешивания давления грунта усилием  поступательного движения ТПК. Разрабатываемая  породоразрушающим органом порода смешивается и накапливается  под давлением в породопогрузочной  камере, а затем удаляется ленточным  конвейером. Давление контролируется задаваемым усилием поступательного  движения проходческого комплекса  и скоростью удаления разработанной  породы ленточным конвейером.

Предусмотрено управление системой грунтопригруза в ручном и автоматическом режиме. В ручном режиме оператор контролирует и лично регулирует скорость продвижения  комплекса и работы конвейера, непосредственно  считывая показания с датчиков давления грунта. В автоматическом режиме, вместо этого, команды для регулирования  вращения ленточного конвейера и  продвижения комплекса передаются в компьютерную систему сбора  и обработки данных работы ТПК, находящееся  в ТПК. В программу системы  вводятся значения верхнего и нижнего  пределов давления грунтопригруза и  усилия поступательного движения тоннелепроходческого комплекса. Постоянная обратная связь  от датчиков давления грунта и тягового усилия комплекса передаются в компьютерную систему сбора и обработки, данных работы ТПК для обработки, а в  результате выдаются соответствующие  управляющие команды либо двигателю  забойного конвейера, либо системе  управления движением комплекса, либо обоим одновременно.

Цикл разработки грунта равен  циклу продвижения щита.

4.2. Погрузка и транспортировка грунта

Откатка породы из тоннеля  осуществляется в вагонах ВСК-10 при  помощи дизелевоза СНL-500G ф. Шома до места перегруза. В районе восточного портала проектом предусмотрен перегруз. Далее порода вывозится при помощи автосамосвалов МАЗ-5516 в отвалы и частично используется для обустройства временных автодорог и насыпи под второй путь.

В качестве подземного горизонтального  транспорта используется рельсовый  транспорт с колеей 900 мм. Путь из рельсов Р-33, смонтированных на деревянных шпалах с шагом 0.7 метра, которые устанавливаются в лоток тоннеля на железобетонные блоки. На всем протяжении путь устраивается в двухколейном исполнении, лишь в непосредственной близости от ТПК устраивается стрелочный перевод на однопутную колею. По мере проходки стрелочный перевод в зоне ТПК постоянно перемещается.

Порода из забоя доставляется на портал к месту перегруза, где  при помощи экскаватора отгружается  в автосамосвалы МАЗ-5516 с дальнейшей транспортировкой в отвал.

 

Необходимое количество самосвалов определяется по формуле:

,      

где  Т_обор -  время оборота автосамосвала, мин;

 

 

,   

Т_погр -  время погрузки, мин;

,          

- эксплуатационная производительность, м³/мин;

V₂ – емкость кузова самосвала, м³;

h₂ – коэффициент наполнения кузова;

,     

j = 0,8 – коэффициент использования машины во времени;

k_р = 1,5 - коэффициент разрыхления грунта;

p^m – техническая производительность машины, м³/мин;

t₂ = 2 мин – время затрачиваемое на замену груженного самосвала порожним;

м³/мин.

 мин.

Т_дв - время движения, мин;

,     

l - расстояние от места  погрузки до места разгрузки,  м;

V_гр - скорость движения гружёного транспортного средства, V_гр=250 м/мин;

V_пор - скорость движения порожняка, V_пор=250 м/мин.

мин.

Т_разг = 3 мин –время разгрузки самосвала;

Т_ман = 8 мин – время на маневры в течении рейса.

Тогда  Т_обор = 4+32+3+8=47 мин.

Подсчитываем необходимое  количество самосвалов:

Принимаем 12 самосвалов МАЗ-5516.

Определение производительности комплекса

 

Определим эксплутационную  производительность Q_э всего проходческого щитового комплекса. Ее рассчитывают как месячную скорость проходки с учетом всех технологических операций и организационно-технических простоев, не зависящих от конструкции щита:

,     

где  24 – количество суток работы в месяц;

4 – число смен в  сутки;

Q_тех – техническая производительность;

k_э – коэффициент использования проходческого комплекса, учитывающий все виды простоев, в том числе затраты времени на техническое обслуживание и текущий ремонт проходческого оборудования, равный 0,6.

,     

где  k_тех – коэффициент использования щита, равный 0,65;

Т – продолжительность  смены, ч;

Q_т – теоретическая производительность щита, равная скорости проходки и возведения обделки.

 м/смен.

 м/мес.

5. Возведение обделки

 

 Кольцо ж.б. обделки состоит из 6-и нормальных элементов и 1-го замкового.

Доставляются ж/б блоки  для монтажа на специальных блоковозках. Блоковозки с обделкой подаются под  перегружатель, оснащенный вакуумным  захватом, установленный в средней  части технологического моста ТПК. С помощью перегружателя блоки, по одному, поднимаются на верхнюю  часть технологического моста, где  укладываются в определенной последовательности на рольганг, по которому перемещаются к блокоукладчику. Монтаж обделки  производится после передвижки ТПК  на длину 1500 мм. Перед началом монтажа определяется фактическое положение щита ТПК и последнего установленного кольца, которое сравнивается с расчетными данными. По результату сравнения определяется погрешность ведения ТПК и схема установки очередного кольца.

Монтаж ведется в строго определенной последовательности следующим  образом: - в зоне установки первого  блока задвигаются щитовые домкраты (при этом остальные домкраты остаются в выдвинутом положении). Первый блок с установленными в нем монтажными деталям, по рольгангу подается в  зону рычага, с помощью которого блок устанавливается над захватом блокоукладчика. Блокоукладчик автоматически  захватывает блок, после чего по периметру кольца перемещает его  к месту установки. Рычагом блокоукладчика блок устанавливается в расчетном  месте напротив монтажных отверстий  предыдущего кольца с зазором 150-200мм., после чего щитовыми домкратам надвигается  до фиксации блока и ликвидации зазоров  между резиновым уплотнением. Аналогичным  образом монтируются последующие, смежные с ним блоки. Последним  монтируется замковый блок.

 

 

 

5.2. Вариантное проектирование конструкций

 

Варианты конструкций  обделок тоннеля составлены на основе анализа инженерно-геологических  условий и предполагаемой технологии строительства тоннеля.

Вариант 1.

В данном варианте обделка  принята из чугунных тюбингов.

Высота сечения для  чугунных обделок определим по формуле:

(см) 

где R_в=4.3 м – внутренний радиус обделки,

h=7,6×4,3= 34,68 см, принимаем 35 см

Марка чугуна СЧ-20. Внутренний диаметр обделки равен 8,6 м. Лотковый блок выполнен из монолитного железобетона класса В25, марка по морозостойкости F300, марка по водонепроницаемости W6. В лотковом блоке имеется водоотводный лоток, используемый в период строительства.

Разбивка кольца на элементы производиться начиная с замкового  тюбинга.

Центральный угол замкового  элемента составляет:

     _з      , 

где l_з = 0,495 м, длина дуги замкового элемента.

                                                               _з              5,161°

Центральный угол лоткового  элемента:

_л           sin(B_л/2R_B)  

где B_л-ширина лотка принимаемая равной 3,2 м

      _л         arcsin(3,2/2·4,3)=         

 

Центральные углы нормальных элементов определяются по формуле:

 _н     , 

 

Где S=10 шт. - количество нормальных элементов в кольце

   _н            31,2°

Получаются тюбинги чугунные трех типов (нормальный, смежный и  замковый) и железобетонный лотковый блок. Ширина кольца = 0,75 м. Смотри рисунок 3.1

Обделка из чугунных тюбингов. Рисунок 3.1

Вариант 2.

Принимается обделка из блоков сплошного сечения с болтовыми  связями.

Параметры для железобетонных блоков приняты для данных инженерно-геологических  условий под щитовой комплекс «Ловат»

- высота сечения h=40 см

- ширина кольца = 1,5 м.

- класс бетона В 45, марка  по морозостойкости F300, марка  по водонепроницаемости W8.

- центральный угол замкового  элемента составляет:     _з     12°

- количество нормальных  элементов в кольце n=5 шт, угол нормального элемента                 _н       60°

- количество смежных элементов  в кольце n=1 шт, угол смежного элемента   _н   48°

Стыки выбраны плоские. Смотри рисунок 3.2.

                                      

Обделка из железобетонных блоков. Рисунок 3.2

Вариант 3.

Принимается обделка из блоков сплошного сечения без связей между кольцами с цилиндрическими  выпукло вогнутыми продольными  стыками и монтажными шпильками.

• класс бетона В 45, марка по морозостойкости F300, марка по водонепроницаемости W8.
• центральный угол замкового элемента составляет:    _з    6°

• количество нормальных элементов в кольце n=10 шт, угол нормального элемента    _н    31°
• лотковый элемент в кольце n=1 шт, угол  элемента     _н    46°

 

Стыки выбраны плоские. Смотри рисунок 3.3.

Обделка из железобетонных блоков.  Рисунок 3.3

 

 

5.3. Материалы строительных конструкций

Технические показатели бетона. Таблица 3.1

	Показатели	Обозначения и числовые значения
1	Класс по прочности на сжатие	В45
2	Начальная модуль упругость  при сжатии и растяжении Е·10-3, Мпа	32,5
3	Расчетное сопротивление  осевому сжатию RS, Мпа	15,5
4	Удельный вес бетона , кН/м3	24
5	Марка по морозостойкости	F400
6	Марка по водонепроницаемости	W10

 

 

В данном дипломном проекте  на всем протяжении трассы тоннеля  сооружается сборная высокоточная водонепроницаемая железобетонная обделка кругового очертания, характеристики бетона приведены в таблице 3.1.