Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах

 

Изобретение относится к тоннелестроению в сыпучих и слабоустойчивых грунтах. Цель - повышение маневренности щита при изменяющихся свойствах грунта в забое. Щит включает корпус 1 с ножевым кольцом 2, в котором установлены гидродомкраты (ГД) 3 с опорными башмаками 4, опирающимися в тоннельную обделку 5. В головной части щита, обращенной к забою 6, установлены неподвижные горизонтальные площадки (П) 7, жестко закрепленные в корпусе 1. С П 7 с помощью ГД соединены подвижные П 9. Последние разделены по ширине и состоят из отдельных секций, которые соединены с неподвижными П 7 самостоятельными ГЦ. Секции соединены с неподвижными П 7 посредством направляющих с возможностью выдвижения внутрь посредством ГЦ. Верхняя неподвижная П 7 выполнена в плане ступенчатой формы с удлинением ступеней от периферии щита к центру. Подвижные П 9 выдвинуты в осевом направлении внутрь щита на величину, изменяющуюся по ширине П для верхнего яруса по заданной зависимости. Щит корпусом 1 с ножевым кольцом 2 и неподвижными П 7 внедряется в забой с помощью ГД 3 и опорных башмаков 4. При этом происходит осыпание грунта на П 7 и 9 под углом естественного откоса. Удержание забоя от обрушения производится образованием призмы грунта на П, в которой величины катетов призмы варьируются в зависимости от физико-механических свойств грунта. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 F, 21 D 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ(ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4165097/23-03 (22) 23.12.86 (46) 07.02.90. Бюл. № 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строитель-. ства (72) В.М.. Ауэрбах и Б.В. Савранский (53) 624.196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 141177, кл. Е 21 D 9/06, 19?1. (54) ЩИТ ДЛЯ ПРОХОДКИ ТОННЕЛЕЙ В

СЛАБОУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ (57) Изобретение относится к тоннелестроению в сыпучих и слабоустойчивых грунтах. Цель — повышение манев-ренности щита при изменяющихся свойствах грунта в забое. (I(èò включает корпус 1 с ножевым кольцом 2, в котором установлены гидродомкраты (ГД)

3 с опорными башмаками 4, опирающимися в тоннельную обделку 5. В головной части щита, обращенной к забою 6, :установлены неподвижные горизонтальные площадки (П) 7, жестко за срепленные в корпусе 1 ° С П 7 с помощью ГД г

Л0„1541389 А1

2 соединены подвижные П 9. Последние разделены по ширине и состоят из отдельных секций, которые соединены с неподвижными П 7 самостоятельными

ГЦ. Секции соединены с неподвижными

П 7 посредством направляющих с возможностью выдвижения внутрь посредством ГЦ. Верхняя неподвижная П 7 выполнена в плане ступенчатой формы с удлинением ступеней от периферии щита к центру. Подвижные П 9 выдвинуты в осевом направлении внутрь щи.г та на величину, изменяющуюся по ширине П для верхнего яруса по заданной зависимости. (((ит с корпусом 1 с ножевым кольцом 2 и неподвижными П 7 внедряется в забой с помощью ГД 3 и опорных башмаков 4. При этом происходит осыпание грунта на П 7 и 9 под углом естественного откоса. Удержание забоя от обрушения производится образованием призмы грунта на П, в которой величины катетов призмы варьируются в зависимости от физико-механических свойств грунта. 6 ил.

1541389

Изобретение относится к тоннелестроен по в сыпучих и слабоустойчивых грунтах.

Цель изобретения — повышение манев5 ренности щита при изменяющихся свой— ствах грунта в забое.

На фиг, 1 схематически изображен щит с ножевым кольцом, продольный разрез; на фиг. 2 — головная (забойная) часть щита с площадками; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 — разрез B-В на фиг. 2; на

::фиг. 6 — схема площадки верхнего яруса щита.

Щит включает корпус 1 с ножевым ,кольцом 2, в котором установлены щитовые гидродомкраты 3 с опорными башмаками 4, опирающимися о тоннельную обделку 5. В головной части щита, обращенной к забою 6, установлены неподвижные горизонтальные площадки жестко закрепленные в корпусе 1.

С ними с помощью гидроцилиндров 8 25 соединены подвижные площадки 9. В нижней части корпуса 1 расположена породопогрузочная машина 10, Подвижные площадки 9 разделены по ширине и состоят из отдельных секций 11, которые соединены с неподВижными площадками самостоятельными

Гидроцилиндрами 8, по одному на кажю секцию 11. Секции 11 соединены неподвижными площадками с помощью аправляющих 12, Направляющие 12 жестко закреплены к неподвижным пло-! щадкам 7. К секциям 11 могут крепиться роликовые опоры (не показаны).

К секциям 11 прикреплены защитные козырьки 13 и 14 с возможностью перекрытия зазора между ними, В процессе проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах забой 6 удерживается от обрушения призмами грун— та, расположенными на горизонтальных площадках 7, а величина этих призм регулируется выдвижением подвижных площадок 9 из отдельных секций 11.

Эти секции площадки верхнего яруса

15 выдвинуты в осевом направлении внутрь щита на величину, изменяющу ося по ширине площадки по следующей зависимости

Ь—

К и образуют в плане криволинейную форму, выпуклой стороной обращенную в сторону хвостовой части щита (фиг. 3, 6), а секции подвижных площадок остальных ярусов (фиг. 4) выдвинуты на величину (2) где h — расстояние между ножевым кольцом и верхней площадкой по оси щита;

R — радиус ножевого кольца;

Z — расстояние от плоскости симметрии щита до середины площадки;

b .ширина неподвижной площадки;

Ь вЂ” расстояние между площадками.

1 - R(1 1-Ф) К

Подвижные секции площадок 11 остальных ярусов перемещают на величину

b = — — b

К (2) где h расстояние между ножевым кольцом и верхней площадкой по оси щита; радиус ножевого кольца; расстояние от плоскости симметрии щита до середины площадки; коэффициент, равный tg(g— тангенс угла естественного откоса грунта (0,7-1,1); ширина неподвижной площадки; расстояние между площадками.

Ь— о

hl—

Щит работает следующим образом, Проходческий щит своим корпусом 1 с ножевым кольцом 2 и неподвижными горизонтальными площадками 7 внедряется в забой 6 с помощью гидродомкратов 3 и опорных башмаков 4, опираясь о уложенную тоннельную обделку 5. При этом происходит осыпание грунта на площадки 7 и 9 под углом естественного откоса (.

Для удержания забоя 6 от обрушения подвижные секции 1 I подвижных площадок 9 выдвигают в осевом направI лении внутрь щита на величины b и Ь определяемые по формулам (1) и (2) .

Подвижные секции 1 площадки верхнего яруса перемещают на величину, которую изменяют в направлении от плоскости симметрии к его контуру в следующей зависимости

1541389

При этом суммарная ширина неподвижной 7 и подвижной 9 площадок в каждом вертикальном сечении щита получается равной основанию призмы грунта, лежащего на площадке. При

5 дальнейшем движении щита грунт пересыпается через площадки и затем грузится в вагонетки с помощью породопогрузочной машины 10.

При изменении физико-механических свойств грунта в забое б подвжкные секции 1 площадок 9 перемещают в осевом направлении на величины, определяемые по формулам (1) и (2) при подстановке в них соответствующих значении К (тангенса угла естественного откоса().

Интервал значений величины К определяется областью применения щита 20 в грунтах, для которых величина К находится в пределах от 0,7 до 1,1.

При значениях К (0,7 будет неоправданно увеличена ширина площадок, что повлечет за собой увеличение размеров и массы металлоконструкции щита. При значениях К ) 1, 1, ширина площадок будет слишком мала для того чтобы имелась возможность обеспечить необходимое перекрытие площадок в

Выдвижение секций 11 площадок 9 происходит с помощью гидроцилиндров 8, приданных каждой секции 11.. Выдвижение секций 11 осушествляется по направляющим 12; причем опирание сек- 35 ций 11 на направляющие 12 может осуществляться с помощью роликовых опор.

При выдвижении секций 11 козырьки 13 и 14 перекрывают зазор между соседними секциями обеспечивают взаимное опирание секций 11 в выдвинутом положении.

Удержание забоя от обрушения производится образованием призмы грунта 45 на площадках, в которой величины катетов призмы варьируются в зависимости от физико-механических свойств грунта. При этом учитывается и круглая форма площади забоя, свойственная щитовой проходке, при которой размеры катетов призмы, расположенной на верхней площадке, имеют переменную величину: в плоскости симметрии тоннеля катет MBKcHMBJIbHblA> а по мере удаления от нее в обе стороны размер катета уменьшается (призма образует как бы тело равного сопротивления обрушению забоя).

Ширина основания Ъ „ призмы грунта, лежащего на площадках, прямо пропорциональна высоте открытой зоны забоя над рассматриваемым сечением и обратно пропорциональна К (тангенсу угла естественного откоса ()

Н

b =к где H — высота открытой зоны забоя над площадкой.

Так как основание призмы грунта b больше ширины неподвижной площадКи b, подвижную площадку выдвигают на величину b, равную разности b„ — b

Для всех площадок, кроме верхней, 1 высота H постоянная и равна h она определяется конструкцией щита. Для верхней площадки величина Н меняется от максимального значения на вертикальном диаметре ножевого кольца до нуля в точке соединения площадки с ножевым кольцом.

Высота Н на расстоянии Z от плоскости симметрии щита определяется по формуле

z"

Н =h — R(1 — 1 R2)) где R — радиус ножевого кольца;

h — максимальная высота участка забоя, расположенного между ножевым кольцом и верхней площадкой.

Последняя формула выводится с помощью фиг. б

Н = h — (R — R cosg);

2 22 э п = —; cosJ = 1 где — угловая координата точки периметра ножевого кольца.

В качестве примера рассматривается проходка перегонного тоннеля метрополитена щитом диаметром 5800мм (радиус R = 2900 мм), имеющим три яруса площадок, каждая иэ которых имеет по семь выдвижных секций.

Максимальная высота участка забоя, расположенного между ножевым кольцом и площадкой верхнего яруса h = 1240 мм, расстояние между остальными площадками h = 850 мм. Величина выдвижения подвижных площадок верхнего яруса определяется на расстояниях 0; 1;

1,5; 2 м от вертикальной плоскости симметрии щита.

i 541389 выдвижения подвижных площадок по формулам (1) и (2).

Случай 1. Для песчаного грунта о

5 с углом естественного откоса Cp =- 36 для площадок верхнего яруса (размеры в мм)

1240 — 2900(1

300 = 1400 (при Z = 0 м);

Ь, tg 36

1240 — 2800(1

300 = 1170 (при Z = 1 м);

t:.g 36

1240 — 2900(1

300 = 830 (при Z = 1,5 м);

tg 36

1250 — 2900(1

300 = 310 (при Z = 2 м), ь

tg 36

b = — ЗЛО = Ята.

850 д 36 ги

1240 — 2900 (1 — 1 — 2900г

300 = 860 (при Z = 0 м); (o1

47

1240 — 2900(1

1 (9

300 = 690 (при Z = 1 м);

tg 47

1240 — 2900 (1300 = 470 (при Х = 1,5 м);

tg 47

1240 — 2900(1- 1 — — )

-29 00 — 300 = 110 (при Z = 2 м), tg 47

Ь =, . — 300 = 490.

850 . tg 47

Проходка осуществляется следующим образом.

Вначале внутрь щита выдвигают секции подвижных площадок верхнего яруса в соответствии с расчетом для

55 слУчая 1 на величины Ь(,1, Ь,„1, Ьв,,1, b «), затем выдвигают подвижные площадки остальных ярусов на величину Ь.

Проходка осуществляется в песках о с углом естественного откоса (f = 36 о и q = 47, при этом ширина неподвижных площадок Ь, = 0,3 м, Перед началом проходки определяется величина для площадок остальных ярусов для площадок остальных ярусов

Случай 2. Для песчаного грунта о с углом естественного откоса q = 47 для площадок верхнего яруса

Далее осуществляют внедрение щита в забой, при этом грунт обрушивается на площадки под углом естественного откоса. При дальнейшем движении щита происходит осыпание грунта с площадок. При изменении грунта в забое следуфт изменить положение подвижных площадок в соответствии с расчетом для случая 2.

Предлагаемые формулы для определения оптимальной ширины секций площадок могут быть использованы для раз1541389 личных проходческих щитов с площадками и для разных сыпучих грунтов. Граничные значения ширины секций определяются по технологическим требова5 ниям к площадкам, по которым ширина площадки не может быть менее 0,4 м (по конструктивным соображениям) и не может быть более 2,0 м (по условиям ведения щита и разработки забоя),10

В случае, если при подстановке конкретных значений величин в формулы (1) и (2) ширина площадки выходит за указанные пределы, то следует отказаться от данного способа разработки забоя.

Следует отметить, что формулы (1) и (2) служат для определения оптимальной ширины секций площадок, поэтому при подстановке любых конкретных зна- 20 ченнй величины в формулы (1) и (2) полученные величины выдвижения секций будут оптимальны.

Предлагаемое изобретение позволит повысить приспособляемость щита к из- 2 меняющимся свойствам грунта в забое, что повысит эффективность и маневренность его работы.

Формула изобретения g0

Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах, включающий корпус, разделенное площадками на ярусы ножевое кольцо, на котором жестко закреплены горизонтальные площадки и соединены с ними при помощи гидроцилиндров двустороннего действия с остальных площадок по зависиа для мости

) h"

= —, — b где h — расстояние между ножевым кольцом и верхней площадкой по оси щита; — радиус ножевого кольца; — расстояние от плоскости симметрии щита до середины пло" щадки; — ширина неподвижной площадки; расстояние между площадками; — коэффициент, равный О, 7-1, 1.

Ь, h

К во эможностью пере крытия подв ижные площадки, отличающийся тем, что, с целью повышения маневренности щита при изменяющихся свойствах: грунта в забое, подвижные площадки разделены по ширине на секции, каждая из которых соединена с неподвижной площадкой посредством направляющих с воэможностью выдвижения внутрь щита посредством гидроцилиндров, причем верхняя неподвижная площадка выполнена в плане ступенчатой формы с удлинением ступеней от периферии щита к центру, а подвижные площадки выдвинуты в осевом направлении внутрь щита на величину, в изменяющуюся по ширине площадки для верхнего яруса по зависимости

154 i 389

1541389

1541389

Составитель Н, Кононова

Редактор В. Данко Техред M.дидык Корректор Б. Гирняк

Заказ 270 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах Щит для проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к щитовым гидродомкратам, и может быть использовано в проходческих щитах при строительстве тоннелей

Изобретение относится к тоннелестроению, а именно к щитам для проходки тоннелей

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для тоннелестроения

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для сооружения горных выработок в особо сложных горно-геологических условиях щитовым способом

Изобретение относится к подземному строительству

Изобретение относится к горному оборудованию, а именно к конструкции щитов для проходки горных выработок и может быть использовано при устройстве тоннелей

Изобретение относится к оборудованию для проведения горных выработок в неустойчивых породах

Изобретение относится к проходческим щитам для проведения горных выработок

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для уборки горной массы при проведении подземных горных выработок, и м.б.использовано в тоннелепроходческих щитах

Изобретение относится к горной трест пром-сти и позволяет повысить эффективность проходческого щита путем возможности работы режущих элементов (РЭ) вразличных режимах разрущения забоя

Изобретение относится к горному оборудованию, а именно к конструкции щитов для проходки горных выработок и может быть использовано при устройстве тоннелей

Изобретение относится к оборудованию для проведения горных выработок в неустойчивых породах

Изобретение относится к горной пром-ти и м.б

Изобретение относится к горному оборудованию, а именно к машинам для проведения горных вьфаботок со сборной обделкой, и м.б

Изобретение относится к горному оборудованию

Изобретение относится к горной промьшшенности и строительству, а именно к щитовой проходке тоннелей

Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть использовано в проходческих щитах для строительства тоннелей в сыпучих грунтах

Изобретение относится к области подземного строительства и позволяет повысть.безопасность ведения работ при сборке блоков тоннельной обделки

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при аварийной проходке завалов в горных выработках шахт, например, после взрыва метановоздушной смеси, внезапного выброса и т.п
Наверх