Способ сооружения тоннеля некруглого сечения и щит для проходки тоннеля некруглого сечения

 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к сооружению тоннелей некруглого сечения щитовым способом. Задачей изобретения является упрощение способа сооружения тоннеля и конструкции щита при получении тоннеля некруглого сечения. Способ сооружения тоннеля включает разработку забоя роторами, срезание участков породы между роторами, передвижение щита и крепление тоннеля. Разработку забоя роторами производят одновременно со срезанием участков породы между роторами зубьями, расположенными по контуру головной части между роторами, с образованием профиля криволинейного сечения без оставления участков породы между роторами. Тоннель крепят монолитно-прессованным бетоном. Щит включает корпус с головной частью, выполненной единой опорной конструкцией для установки роторов, которая связана с корпусом с возможностью поворота относительно корпуса. На ней установлены три ротора. Средний ротор имеет больший диаметр, чем крайние роторы. Его ось смещена вверх на величину, обеспечивающую получение тоннеля криволинейного поперечного сечения с лотковой частью меньшей кривизны, чем кривизна сводовой части. Режущие инструменты в виде зубьев закреплены по контуру единой опорной конструкции в промежутках между роторами. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области подземного строительства, в частности к способам сооружения тоннелей некруглого сечения при помощи щитовой проходки.

Известен способ сооружения тоннеля, включающий разработку забоя роторами каждым из щитов, передвижение щитов с последующим креплением тоннеля тюбингами (заявка Японии №03082193 по кл. Е 21 D 9/06 от 29.03.91 г.).

В указанном материале описано и устройство для прохождения тоннеля, состоящее из трех параллельных щитов с роторами, в которых головные секции могут изгибаться относительно хвостовых.

Недостатком данного способа и устройства является то, что при его использовании невозможно получение тоннеля с поперечным сечением в виде замкнутой линии, представляющей собой кривые второго порядка, с требуемой прочностью и устойчивостью тоннельной крепи.

Сооружаемый таким образом трехсводчатый тоннель требует установки дополнительных опорных конструкций в зоне размыкания колец, т.е. в местах стыков сводов, что приводит к дополнительному расходу материалов, увеличивает трудоемкость и сроки строительства.

Известен способ сооружения тоннеля некруглого сечения (овального) и устройство для его осуществления (заявка Японии №04075792 по кл. Е 21 D 9/06 от 28.02.92 г.).

Данный способ основан на разработке забоя с последующей укладкой тюбингов крепеукладчиком и под защитой этой крепи производят разработку остального сечения забоя.

Устройство для реализации данного способа содержит несколько рабочих органов, объединенных наружной и внутренней обшивками.

Недостатком данного технического решения является сложность технического сооружения тоннеля с использованием громоздкой конструкции щита, что в конечном итоге снижает эффективность и производительность строительства тоннеля.

Кроме того, данный способ не пригоден для сооружения тоннелей с поперечным сечением в виде замкнутой линии, представляющей собой кривые второго порядка.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является способ сооружения тоннеля некруглого сечения и щит для проходки тоннеля некруглого сечения (заявка Японии №03031009 по кл. Е 21 D 9/08 от 1999 г.).

Устройство содержит единый корпус, в головной части которого установлены три ротора (фрезы) со смещением оси среднего ротора вверх по отношению к осям крайних роторов, что позволяет получить выработку треугольного профиля.

Оставшиеся неразработанные роторами участки породы затем срезаются скользящими землеройными органами (режущими инструментами), расположенными позади роторов по касательной к периферийным кромкам ротора. Затем производят передвижение щита и крепление тоннеля.

В указанном техническом решении обеспечивается получение односводчатого тоннеля треугольного профиля, при этом за счет срезания неразработанных роторами участков породы возможно формирование выработки нужного профиля. Однако для получения тоннеля с плавным профилем требуется установка дополнительных землеройных органов, которые, работая с отставанием от разработки забоя ротором, увеличивают длительность разработки забоя. Кроме того, необходимы опорные конструкции для крепления роторов и отдельные опорные конструкции для землеройных органов и их приводов, что усложняет конструкцию щита. Также, при такой последовательности работ по разработке забоя следует, что между роторами должно быть свободное пространство для размещения за роторами землеройных органов по разрушению неразработанных участков. Поэтому конструкция такого щита и способ разработки не позволяют их использовать при сооружении тоннеля в водонасыщенных грунтах. Кроме того, такая схема расположения роторов не обеспечивает получения профиля тоннеля с наибольшей (вытянутой) шириной тоннеля при оптимальной высоте свода тоннеля, т.к. фактически средний ротор не влияет на получение тоннеля более широкого, чем при разработке двумя роторами. При этом следует отметить, что обычно используемый вариант крепления тюбингами затрудняет получение крепления переменной толщины крепи тоннеля для обеспечения требуемой прочности и устойчивости тоннельной крепи, т.к. использование тюбингов различной толщины усложняет технологию возведения тоннеля и требует изготовления тюбингов различных типов, приводящего к резкому увеличению стоимости тоннеля. При этом требуется длительное время на установку, крепление тюбингов и герметизацию стыков, а также необходимо использование сложного громоздкого оборудования для возведения сборной тоннельной крепи. Указанные недостатки приводят к большим трудозатратами, к увеличению сроков строительства, а также приводит к усложнению конструкции проходческого комплекса, содержащего щит, крепеукладчик, механизм подачи тюбингов, механизм для заполнения строительного зазора и т.д.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в упрощении способа сооружения тоннеля с поперечным сечением в виде замкнутой линии, представляющей собой кривые второго порядка.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сооружения тоннеля некруглого сечения, включающем разработку забоя роторами, установленными в головной части щита, срезание участков породы между роторами режущими инструментами, расположенными по контуру головной части между роторами, передвижение щита и крепление тоннеля, разработку забоя роторами производят одновременно со срезанием участков породы между роторами зубьями, расположенными по контуру головной части между роторами, с образованием профиля криволинейного поперечного сечения без оставления участков породы между роторами, а крепление тоннеля производят из монолитно-прессованного бетона, щит для проходки тоннеля некруглого сечения, включающий корпус с головной частью, на которой установлены три ротора со смещением оси среднего ротора вверх по отношению к осям крайних роторов, режущие инструменты для срезания участков породы между роторами, снабжен единой опорной конструкцией головной части для установки роторов, которая связана с корпусом щита с возможностью поворота относительно него, при этом режущие инструменты в виде зубьев закреплены по контуру единой опорной конструкции в промежутках между роторами, а средний ротор имеет больший диаметр, чем крайние роторы, и его ось смещена на величину, обеспечивающую получение тоннеля криволинейного поперечного сечения с лотковой частью меньшей кривизны, чем кривизна сводовой части.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан щит, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2, на фиг. 5 показано поперечное сечение тоннеля при использовании данного способа.

Щит для проходки тоннелей некруглого сечения содержит корпус 1 с головной частью 2, на которой установлены средний ротор 3 и крайние роторы 4. Головная часть 2 выполнена единой опорной конструкцией с возможностью поворота относительно корпуса 1. Средний ротор 3 имеет больший диаметр, чем крайние роторы 4, а его ось смещена вверх по отношению к осям крайних роторов на величину “а”, которая обеспечивает получение тоннеля криволинейного поперечного сечения с лотковой частью меньшей кривизны, чем кривизна сводной части. По контуру единой опорной конструкции в промежутках между роторами закреплены режущие инструменты в виде зубьев 5. По вертикальным осям каждого ротора в нижнем секторе головной части расположены загрузочные окна 6 и установлены шнековые конвейера 7, вслед за которыми размещены ленточные перегружатели 8. Вращение роторов 3 и 4 на головной части 2 осуществляется при помощи привода 9. В хвостовой части корпуса 1 расположены щитовые гидродомкраты 10, связанные с пресс-устройством 11, размещенном в полости, образованной хвостовой частью корпуса 1, которая выполняет функцию наружной опалубки, и внутренней опалубкой 12 для возведения крепления тоннеля 13 из монолитно-прессованного бетона.

Способ сооружения тоннеля некруглого сечения включает разработку забоя средним 3 и крайними 4 роторами с одновременным срезанием участков породы между роторами зубьями 5, с образованием плавного профиля тоннеля криволинейного поперечного сечения без оставления участков породы между роторами. Разработанная порода через загрузочные окна 6 попадает на шнековые конвейеры 7, затем на ленточные перегружатели 8 и далее на средства внутритоннельного транспорта. Внедрение роторов 3 и 4 с одновременным срезанием участков породы между роторами зубьями 5 осуществляется при передвижении проходческого щита с помощью щитовых гидродомкратов 10 через пресс-устройство 11, упирающееся в бетонную смесь, закачиваемую в полость между хвостовой частью корпуса 1 и внутренней опалубкой 12, формирующей поперечное сечение внутренних стенок крепления тоннеля.

Предложенная конструкция проходческого щита и способ сооружения тоннеля некруглого сечения обеспечивают как получение тоннеля с поперечным сечением в виде замкнутой линии, представляющей собой кривые второго порядка с одновременным сокращением времени на разработку забоя за счет совмещения всех операций по разработке забоя и формирование контура тоннеля, так и обеспечение герметизации призабойного рабочего пространства, а также обеспечение прочности и устойчивости крепления тоннеля с получением необходимой ширины тоннеля при оптимальной высоте свода за счет применения монолитно-прессованного бетона, что значительно снижает затраты на строительство.

Формула изобретения

1. Способ сооружения тоннеля некруглого сечения, включающий разработку забоя роторами, установленными в головной части щита, срезание участков породы между роторами режущими инструментами, расположенными по контуру головной части между роторами, передвижение щита и крепление тоннеля, отличающийся тем, что разработку забоя роторами производят одновременно со срезанием участков породы между роторами зубьями, расположенными по контуру головной части между роторами, с образованием профиля тоннеля криволинейного поперечного сечения без оставления участков породы между роторами, а крепление тоннеля производят из монолитно-прессованного бетона.

2. Щит для проходки тоннеля некруглого сечения, включающий корпус с головной частью, на которой установлены три ротора со смещением оси среднего ротора вверх по отношению к осям крайних роторов, режущие инструменты для срезания участков породы между роторами, отличающийся тем, что он снабжен единой опорной конструкцией головной части для установки роторов, которая связана с корпусом щита с возможностью поворота относительно него, при этом режущие инструменты в виде зубьев закреплены по контуру единой опорной конструкции в промежутках между роторами, а средний ротор имеет больший диаметр, чем крайние роторы, и его ось смещена на величину, обеспечивающую получение тоннеля криволинейного поперечного сечения с лотковой частью меньшей кривизны, чем кривизна сводовой части.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5