Способ сооружения тоннеля и проходческий щит
Использование: сооружение тоннелей с комбинированной обделкой. Сущность изобретения уплотнительный материал подают в кольцевой зазор после установки блочного кольца в проектное положение , а обжатие блочного кольца производят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита Последний снабжен в хвостовой части продольными направляющими, в которых установлено уплотняющее кольцо с гидроцилиндрами его выдвижения Продольные направляющие выполнены с каналами, имеющими боковые ответвления на одних концах Другие концы каналов соединены с трубопроводами подачи уплотнительного материала 2 с и 4 зпф-лы. 11 ил
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН
Комитет Российской Федерации ио-патентам и товарным знакам (2t) 5002975/03 (22) 28ЯВ1 (46) ЗО.И.93 Бка. Na 43-44 (УФ) Научно-технический центр Ассоциации предприятий и организаций строительного комплекса
"Моеинжстрой"
P2) Стогов СН„ Семенов АН„. Самойлов 8.П.
P3) Научно-технический центр Ассоциации предприятий и организаций строительного комплекса
"Мосинжстрой (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЯ И ПРОХОДЧЫКИЙ ЩИТ (Я) Использование: сооружение тоннелей с комбинированной обделкой. Сущность изобретения: уп(в) ÊRU U(и) 2003807 Cl (sr)s киви оо лотнительный материал подают в кольцевой зазор после установки блочного кольца в проектное положение, а обжатие блочного кольца производят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита. Последний снабжен в хвостовой части продольными направляющими, в которых установлено уплотняющее кольцо с гидроцилиндрами .его выдвижения. Продольные направляющие выполнены с каналами, имеющими боковые ответвления на одних концах Другие концы каналов соединены с трубопроводами подачи уплотнительного материала 2 с. и@ зпф-лы,11 ил.
2003807
Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано при сооружении тоннелей с комбинированной обделкой.
Известен способ сооружения тоннеля, включающий разработку забоя; перемещение проходческого щита на очередную заходку, сборку блочного кольца обделки, установку блочного кольца в проектное положение. подачу бетонной смеси в кольцевой зазор, прессование бетонной смеси и заполнение ею заобделочного зазора (В,X.Êëîðèêüÿí и В.Р,Ходош, M.Íåäðà, 1977, с.20; рис.2.6, б).
Недостатками указанного способа являются сложность технологии, обусловленная необходимостью применения дополнительных средств для установки и удержания блочного кольца обделки концентрично хвостовой части щита, а также 20 уменьшенная скорость сооружения, тоннеля, так как операции по перемещению проходческого щита и прессованию бетонной смеси осуществляются, как правило, в разное время, В таких случаях перемещение 25 щита осуществляют после набора достаточной прочности бетонной смеси, При этом использование щитовых гидродомкратов для прессования бетонной смеси в заобделочный зазор и для перемещения щита сни- 30 жает качество обделки, поскольку усилие, необходимое для перемещения щита, может превысить усилие, необходимое для прессования, что может привести к разрушению уплотненной бетонной смеси и раэ- 35 валу блочного кольца.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ сооружения тоннеля, включающий разработкузабоя, пе- <0 ремещение щита на очередную заходку щитовыми гидродомкратами, сборку блочного кольца обделки. подачу уплотнительного материала в кольцевой зазор, установку. блочного кольца в проектное положение, прессование уплотнительного материала смещением уплотняющего кольца в продольном направлении гидродомкратэми его выдвижения, обжатие блочного кольца.обделки (эвт.св. СССР М 1268733, кл, Е 21 0 50
11/00, 1985).
Указанный способ позволяет ускорить сооружение тоннеля путем совмещения операций по перемещению щита, установки блочного кольца в проектное положение и б5 прессования уплотнительного материала.
При этом блочное кольцо собирают в калибровочной оболочке щита, а для прессования уплотнительного материала служат пресскольцо и дополнительные гидродомкраты.
Недостатком этого способа является то, что невозможно осуществить обжатие блочного кольца одновременно с прессованием уплотнительного материала, так как основной цикл прессования уплотнительного материала происходит в замкнутом пространстве, ограниченном пресс-кольцом, хвостовой оболочкой щита и калибровочной оболочкой. В этом случае отформованный в основной части цикла прессования уплотнительный материал приобретает определенную форму, а потом уже сходит под действием пресс-кольца нэ блочное кольцо и породный массив. При этом под постоянно действующими усилиями пресс-кольца отформованный обьем уплотнительного материала должен переформовываться и заполнить свободные объемы. образовавшиеся за счет толщин хвостовой и калибровочной оболочек щита, а также заполнить пустоты и поры в породном массиве и неплотности в стыках блочной обделки.
Известно, что переформовывэние отпрессованных уплотнительных материалов в силу меняющихся их свойств, например отжатие жидких фаз из бетонных смесей, резкое изменение температур для термопластичных материалов и др„приводит в лучшем случае к трещинообоазованию, ачаще к полному структурному разрушению отформованных первичным прессованием обьемов, Кроме того, нагнетание и формование уплотнительного материала в жесткой системе, образованной хвостовой частью щита и калибровочной оболочкой, ухудшают маневренность щита и увеличивают усилия, необходимые для передвижки щита. Все это усложняет технологию сооружения тоннеля, конструкцию щита и снижает качество обделки тоннеля. . Целью изобретения является упрощение технологии сооружения тоннеля, конструкции щита и существенное повышение качества обделки тоннеля.
Поставленная цель достигается тем, что уплотнительный материал подают непосредственно на наружную поверхность блочного кольца после его установки в проектное положение в уплотняющем кольце, а обжатие блочного кольца производят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита, Ширину кольцевого зээорэ между хвостовой оболочкой щита и наружной поверхностью блочн.ого кольца до подачи уплотнительного материла регулируют в.зависимости от свойств и аида уплотнительного материала;
2003807 к (я2 -к,2
Кщ (3 R2 ) Нормальным режим работы проходческого щита с данным устройством можно считать, если соблюдается равенство объемов пустот и неплотностей, образующихся при смещении щита, и объема уплотняющего материала, необходимого для заполнения этих пустот и неплотностей и выталкиваемого уплотняющим кольцом.
Тогда соотношение скорости перемещения проходческого щита относительно блочного кольца к скорости перемещения уплотняющего кольца определяется следующим выражением где чщ — скорость перемещения проходческого щита (относительно блочного кольца); чу - скорость перемещения уплотняющего кольца;
R> — наружный радиус блочного кольца;
R2 — внутренний радиус хвостовой части проходческого щита;
Яз — наружный радиус хвостовой части . проходческого щита;
Ку — коэффициент, учитывающий увеличенный обьем выталкиваемого уплотнительного материала для заполнения неплотностей в стыках блочного кольца;
Кщ — коэффициент увеличенного расхода уплотнительного материала для заполнения пустот и пор в породном массиве.
Для осуществления способа проходческий щит снабжен продольными направ. ляющими, в которых установлено уплотняющее кольцо. Продольные направляющие имеют каналы с боковыми отверстиями на одних концах, а другие концы соединены с трубопроводами подачи уплотнительного материала.
Для достижения поставленной цели необходима вся совокупность существенных признаков.
Подача уплотнительного материала в кольцевой зазор между хвостовой частью щита и блочным кольцом после установки блочного кольца в проектное положение непосредственно на наружную поверхность блочного кольца позволяет заполнить и уплотнить зазоры и неплотности в обделке одновременно с обжатием блочного кольца, а также уплотнить породный массив, улучшив контакт его с обделкой.
Регулировка ширины кольцевого зазора. позволяет подавить уплотнительный материал. небольшими порциями. снизив усилия на блочное кольцо (в радиальном
55 направлении) при обжатии, или обеспечить возведение обделки при изменении направления проходки.
Выполнение в проходческом щите продольных направляющих, на которых подвижно установлено уплотняющее кольцо позволяет использовать уплотняющее кольцо в качестве калибровочной оболочки при сборке блочного кольца обделки и установке его в проектное положение. Выполнение в этих направляющих каналов с боковыми отверстиями позволяет разместить трубопроводы подачи уплотнительного материала в щите неподвижно. Уплотняющее кольцо, перекрывая или открывая боковые отверстия в направляющих, является затвором, автоматически регулирующим подачу уплотнительного материала в зависимости от необходимого обьема до заполнения образующихся полостей при перемещении щита.
Все это совершенствует технологию сооружения тоннеля, повышает надежность и упрощает конструкцию щита.
При проведении патентных исследований не выявлено технологических решений, совпадающих с отличительными признаками заявленного технического решения.
На фиг.1 изображен проходческий щит для осуществления способа сооружения тоннеля; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — положение уплотняющего кольца после установки блочного кольца в проектное положение и подачи уплотнительного материала; на фиг,4 — то же, после прессования уплотнительного материала при промежуточном положении щитîBûх гидродомкратов; на фиг.5 — положение уплотняющего кольца и щитовых гидродомкратов при очередной подаче уплотнительного материала; на фиг.б — то же, после прессования уплотнительного материала на всей длине хода щитовых гидродомкратов; на фиг.7 — то же, в процессе сборки блочного кольца; на фиг.8 — разрез Б — Б на фиг.2; на фиг.9 — разрез  — В на фиг.2; на фиг,10— разрез Г-Г на фиг.9; на фиг.11 — разрез Д вЂ” Д на фиг.9.
Способ сооружения тоннеля осуществляется с помОщью проходческого щита, содержащего корпус 1 с ножсвой частью 2 и хвостовой частью 3, рабочим органом 4 и щитовыми гидродомкратами 5.
В хвостовую часть 3 с продольными направляющими 6 установлено уплотляюьцее кольцо 7 с гидродомкратами 8 его выдвижения. Продольные направляющие б имеют каналы 9 с боковыми отверстиями 10 на одних кОнцах. Другие концы 11 соединены
2003807 с трубопроводами 12 подачи уплотнительного материала..
Щитовые гидродомкраты 5 с упорными башмаками 13 расположены в опорном кольце 14 корпуса t проходческого щита.
Гидродомкраты 8 выдвижения уплотняющего кольца 7 установлены на корпусе 1 через кронштейны 15, а к уплотняющему кольцу 7 прикреплены через кронштейны
16. Боковые отверстия 10 выполнены на длине, превышающей длину уплотняющего кольца 7 в исходном положении с втянутыми штоками гидродомкратов 8 на величину
М. Длина уплотняющего кольца 7 в выдвинутом положении на всю длину хода гидродомкратов 8 его выдвижение меньше длины хвостовой части Зна величину Ж, обеспечивающую гарантированное перекрытие эаобделочного зазора (например, от прорыва грунтовых вод в хвостовую часть проходческого щита), Способ заключается в следующем, После сборки блочного кольца 17 обделки в уплотняющем кольце 7 и установки блочного кольца 17 в проектное положение в кольцевой зазор 18 между хвостовой частью 3 и блочным кольцо 17 непосредственно на наружную поверхность блочного кольца t9 подают.уплотнительный материал, Подачу уплотнительного материала производят по трубопроводам 12, каналы 9 и через боковые отверстия 10, После подачи. уплотнительного материала начинают прессование материала относительным смещением уплотняющегв кольца 7 и проходческого щита, для чего одновременно выдвигают штоки гидродомкратов 8 выдвижения уплотняющего кольца
7 и штоки щитовых гидродомкратов 5, при этом установленное кольцо 17 прижимается к предыдущим кольцам 19 блочной обделки.
При выдвижение штоков гидродомкратов 8 выдвижения уплотняющего кольца 7 боковые отверстия 10 перекрываются уплотняющим кольцом 7 и подача уплотнительного материала в кольцевой зазор 18 прекращается. Одновременно с прессованием уплотнительного материала происходит обжатие блочного кольца 17 и заполнение заобделочного зазора уплотнительным материалом 20.
После выдвижения уплотняющего кольца 7 на всю длину хода гидродомкратов 8 втягиванием штоков гидродомкратов 8 уплотняющее кольцо 7 возвращают в исходное положение и повторяет подачу уплотнительного материала на длине хода щитовых гидродомкратов 5. Подачу производят многократно, регулируя ширину кольцевого зазора 18 в зависимости оТ свойств уплотнительного материала и направления проходки (при изменении направле5 ния проходки после каждого цикла подачи уплотнительного материала необходимо перемещение проходческого щита}.
Перемещения проходческого щита и уплотняющего кольца производят, сохраняя
10 равенство обьема эаполиения уплотнительным материалом 20 кольцевого зазора 21, образующегося при смещении проходческого щита, и обьема 22, образующегося от прессования уплотнительного материала
15 уплотняющим кольцом 7, т.е. ч1=ч2, ч1=Кщ (Й R3 - 2 ) Зщ, 20 ч2 Ку(т1 2 — -ч2 — обьем, образующийся от прессования уплотнительного материала уплотняющим кольцом; ß1 — наружный радиус блочного кольца 30 обделки: R2 — внутренний радиус хвостовой части щита; :йз — наружный радиус хвостовой части щита; 35 Зщ — смещение щита относительно обделки тоннеля в сторону забоя; Sy — смещение уплотняющего кольца относительно обделки тоннеля в сторону хВО стовой части; 40 . Ky — коэффициент, учитывающий увеличенный объем выталкиваемого уплотнительного материала для заг1олнения неплотностей в стыках блочного кольца; Кщ — коэффицИент увеличенного расхо45 да уплотнителъного материала для заполнения пустот и пор в породном массиве. Если ч 1=Ч2, тО Кщ(л з - 2 ) Sul =Ку(жй2 гй1 1у Sy Зщ К R2 -81 2 2 Кщ (3 и2 ) Скорость перемещения щита и уплотня55 ющего кольца определяется по Формуле Щ чщ с : Х 2003807 10 штоки щитовых гидродомкратов 5 и штоки гидродомкратов 8 выдвижения уплотняющего кольца 7, возвращая его в исходное положение, Далее начинают одновременно 5 разрабатывать забой и производить сборку очередного блочного кольца 17 обделки. Предложенное изобретение по сравнению с прототипом позволяет упростить и 10 усовершенствовать технологию сооружения тоннеля с комбинированной Обделкой за счет возможности производить обжатие блочного кольца одновременно с прессованием уплотнительного материала, произ15 водить многократную подпрессовку уплотнительного материала при неподвижном положении проходческого щита, что повышает качество сооружаемой обделки и тоннеля. при сохранении скорости сооружения тоннеля и 20 исключений осадок земной поверхности, (56) Горное и нефтепромысловое машиностроение, Механизированные проходческие щиты. M.: ВИНИТИ, 1971. 25 Авторское свидетельство N. 1268733, кл. Е 21 Р 11/00, 1985, 30 1. Способ сооружения тоннеля, включающий разработку забоя, перемещение проходческого щита на очередную заходку щитовыми гидродомкратами, сборку блочного кольца обделки, подачу уплотнительного материала в кольцевой зазор, установку блочного кольца в проектное положение, прессование уплотнительного материала смещением уплотняющего коль- 4 ца в продольном направлении гидродомкратами его перемещения, обжатие блочного кольца обделки, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и повыШения качества сооружаемого тоннеля, уплотнительный материал подают в кольцевой зазор на наружную поверхность блочного кольца после его установки и проектное положение в уплотняющем кольце. а обжатие блочного кольца произ- 50 водят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита; 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что величину перемещения проходческого 55 щита и уплотняющего кольца определяют гтри сохранении равенства объема заполнения податливым материалом кольцевого зазора, образующегося при смещении проходческого щита. и объема, образующегося где t - время движения щита и уплотняющего кольца, Таким образом Xe (Ra — Rz ) При необходимости в зависимости от свойств уплотнительного материала возможно производить многократное прессование уплоткительного материала при неподвижном положении проходческого щита. Для этого втягивают штоки щитовых гидродомкратов 5, отводят уплотняющее кольцо 7 в сторону забоя, производят очередную подачу уплотнительного материала в кольцевой зазор 18 и выдвижением уллотняющего кольца 7 s сторону хвостовой части щита прессуют уплотнительный материал, flppl этом блочное кольцо 17 удерживается в проектном положении обжатием уплотнительного материала в уплотняющем кольце 7 и упором башмаков 13 щитовых гидродомкратов 5. После прессования уплотнительного материала и выдвижения щитовых гидродомкратов 5 на всю длину хода втягивают Формула изобретения от уплотнения податливого материала уплотняющим кОльцОм. 3. Способ по пп,1 и 2. Отличающийся тем, что соотношения скорости перемещения проходческого щита и скорости смещения уплотняющего кольца определяют по формуле v „<,— R ) К д з 2) гДе чщ - скоРость пеРемеЩениЯ пРохОДческого щита относительно обделки тоннеля в сторону забоя; v> - скорость перемещения уплотняющего кольца относительно обделки тоннеля в сторону хвостовой части; R - наружный радиус блочного кольца; R2 - внутренний радиус хвостовой части проходческого щита; йэ - наружный радиус хвостовой части проходческого щита; Ху - коэффициент, учитывающий увеличенный объем выталкиваемого уплотнительного материала для заполнения неплотностей в стыках блочного кольца; Кщ - коэффициент увеличенного расхода уплотнительного материала для заполнения пустот и пор в породном массиве. 4. Способ по п,3, отличающийся тем. что првссованиа уплотнительного материала производят смещением уплотняющвго кольца при неподвижном положении проходческого щите. 5. Способ по пЛ, отличэющийся тем, что првссоээние уплотнительного мэтериала производят путем одновременного смещения уплотняющего кольце в сторону хвостовой части и проходческого щитэ в сторону забоя. 6. Проходческий щит, включающий корпус с ножевой и- хвостовой честями, рабо2003807 32 чий орган, щитовые гидродомкрэты, уплотняющее кольцо с гидродомкрэтэми вго перемещения и трубопроводы подачи уплотнительного материала, отличающий5 ся тем, что хвостовая часть щита снабженэ продольными нэправляющими, в которых установлена уплотняющве кольцо, при этом продольные йапрэвляющие имеют каналы с боковыми ответвлениями нэ одних концах,.э другив концы соединены с трубопроводами подачи уплотнитвльного материала. 2003807 2003807 Составитель . ОДобронравова Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина Заказ 3315 Тираж . Подписное Hfl0 "Поиск" Роспатента 133035, Москва, Ж-35,,Рэушская наб., 4/б Производственно-издательский комбинат "Патент", i. Ужгород, ул.Гагарина, 101
