Самодвижущийся несущий свод туннеля
Изобретение относится к области транспорта, гидротехникческих сооружений, а также к выработке туннелей в городских условиях. Техническим результатом является повышение надежности и безопасности выполнения работ по строительству туннелей или гидротехнических сооружений. Предложен самодвижущийся несущий свод туннеля, содержащий передний арочный каркас, задний арочный каркас, силовой цилиндр продвижения свода вперед и опорный силовой цилиндр. Причем передний арочный каркас содержит более трех передних продольных балок и более трех передних арочных балок. Причем все передние продольные балки проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям передних арочных балок. При этом каждая передняя продольная балка присоединена ко всем передним арочным балкам, передняя арочная балка содержит первую полуарочную балку и вторую полуарочную балку. Причем первая полуарочная балка соединена с одним концом телескопической балки, а вторая полуарочная балка соединена с другим концом телескопической балки. Причем телескопическая балка содержит малую латеральную балку и большую латеральную балку, где один конец малой латеральной балки вставлен внутрь большой латеральной балки, а другой конец малой латеральной балки соединен с первой полуарочной балкой. Телескопическая балка снабжена внутри латеральным силовым цилиндром. Причем один конец этого латерального силового цилиндра шарнирно соединен с малой латеральной балкой, а второй конец этого латерального силового цилиндра шарнирно соединен с большой латеральной балкой. Один конец большой латеральной балки соединен со второй полуарочной балкой. Опорный силовой цилиндр расположен в нижней части переднего арочного каркаса. Задний арочный каркас содержит более трех задних продольных балок и более трех задних арочных балок. Причем все задние продольные балки проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям задних арочных балок. При этом каждая задняя продольная балка присоединена ко всем задним арочным балкам, и опорный силовой цилиндр расположен в нижней части заднего арочного каркаса. Передние продольные балки и задние продольные балки проходят, чередуясь друг с другом, и между передней арочной балкой и соседней задней арочной балкой имеется пространство. Один конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к переднему арочному каркасу, а другой конец цилиндра продвижения свода вперед присоединен к заднему арочному каркасу. Причем передняя арочная балка и задняя арочная балка имеют дугообразную форму. 11 з.п. ф-лы, 15 ил.
Данная заявка испрашивает приоритет по китайской заявке №201210127714.X "Самодвижущийся несущий свод туннеля", поданной в Патентное ведомство КНР 26 апреля 2012 г., которая включена в данное описание во всей своей полноте.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к областям транспорта, гидротехнических сооружений, а также к выработке туннелей в городских условиях, и, в частности, к самодвижущимся несущим сводам туннелей.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Для выработки туннелей может использоваться способ щитовой проходки. Однако в связи с ограничениями, возникающими в результате действия различных факторов, при проходке туннелей в скальных породах часто используют взрывные работы и стандартные операции по установке крепи.
В известных арочных туннелях в качестве несущих устройств могут применяться стальные арочные каркасы, которые формируются из стальных труб, имеющих дугообразную форму, или из двутавровых стальных профилей, изогнутых по дуге, которые используются в качестве несущих конструкций для породы стенок туннеля. В качестве несущего элемента может также использоваться продольная стальная труба длиной от 10 метров до 45 метров. Стальные трубы устанавливают для формирования арочного свода, который имеет улучшенные несущие характеристики для потолка и боковых стенок туннелей. Кроме того, могут использоваться и другие опорные средства, такие как стержневые анкеры и деревянные своды.
Заявитель во время создания настоящего изобретения определил, что решения предшествующего уровня техники имеют по меньшей мере нижеуказанные недостатки. Традиционные устройства и способы их применения требуют много времени и большого количества рабочих, и в то же время безопасность работ недостаточно высока, что неблагоприятно сказывается на темпах строительства туннеля. Различные происшествия во время строительства часто связаны с недостаточной надежностью таких несущих устройств и соответствующих способов. Кроме того, такие несущие устройства не являются самодвижущимися.
Сущность изобретения
В связи с вышеуказанными недостатками известных технических решений нижеописанные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на создание самодвижущегося несущего свода туннеля, позволяющего сократить сроки выполнения работ и уменьшить количество необходимой рабочей силы, повысить надежность и безопасность.
Для достижения указанной цели в настоящем изобретении предложены следующие технические решения.
Самодвижущийся несущий свод туннеля, содержащий передний арочный каркас, задний арочный каркас, силовой цилиндр продвижения свода вперед и опорный силовой цилиндр, причем передний арочный каркас содержит более трех передних продольных балок и более трех передних арочных балок, причем все передние продольные балки проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям передних арочных балок, при этом каждая передняя продольная балка присоединена ко всем передним арочным балкам, и опорный силовой цилиндр расположен в нижней части переднего арочного каркаса; задний арочный каркас содержит более трех задних продольных балок и более трех задних арочных балок, причем все его задние продольные балки проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям его задних арочных балок, при этом каждая задняя продольная балка присоединена ко всем задним арочным балкам, и опорный силовой цилиндр расположен в нижней части заднего арочного каркаса; передние продольные балки и задние продольные балки расположены, чередуясь друг с другом, и между передней арочной балкой и соседней с передней задней арочной балкой имеется пространство; и один конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к переднему арочному каркасу, а другой конец цилиндра продвижения свода вперед присоединен к заднему арочному каркасу, причем передняя арочная балка и задняя арочная балка имеют дугообразную форму.
Передняя арочная балка содержит первую полуарочную балку и вторую полуарочную балку, причем первая полуарочная балка и вторая полуарочная балка расположены напротив друг друга таким образом, что они формируют арочную балку, и первая полуарочная балка соединена со второй полуарочной балкой с помощью соединительного элемента, который обеспечивает возможность первой полуарочной балке и второй полуарочной балке сокращаться в направлении их внутренних сторон или раздвигаться в направлении их наружных сторон под определенным углом под действием внешней силы; и передняя арочная балка имеет такую же конструкцию, как и задняя арочная балка.
В одном из вариантов соединительный элемент представляет собой пружинную плиту, средняя часть верхнего конца первой полуарочной балки имеет отверстие и средняя часть верхнего конца второй полуарочной балки также имеет отверстие, причем один конец пружинной плиты введен в отверстие средней части первой полуарочной балки, а другой конец пружинной плиты введен в отверстие средней части второй полуарочной балки, и пружинная плита зафиксирована в первой полуарочной балке и во второй полуарочной балке с помощью пальцев.
В других вариантах соединительный элемент представляет собой первый шарнир.
В других вариантах соединительный элемент содержит промежуточную балку и два шарнира, причем один конец промежуточной балки присоединен к первой полуарочной балке с помощью одного шарнира, а другой конец промежуточной балки присоединен ко второй полуарочной балке с помощью другого шарнира.
В одном из вариантов внутренние стороны первой полуарочной балки и второй полуарочной балки снабжены телескопической балкой, причем один конец этой балки присоединен к первой полуарочной балке, а второй конец телескопической балки присоединен ко второй полуарочной балке.
Телескопическая балка содержит малую латеральную балку и большую латеральную балку, причем один конец малой латеральной балки вставлен внутрь большой латеральной балки, а другой конец малой латеральной балки соединен с гнездом шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной первой полуарочной балки; и телескопическая балка снабжена внутри латеральным силовым цилиндром, причем один конец этого латерального силового цилиндра шарнирно соединен с малой латеральной балкой, а второй конец этого латерального силового цилиндра шарнирно соединен с большой латеральной балкой, и один конец большой латеральной балки соединен с гнездом шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной второй полуарки.
В одном из вариантов телескопическая балка содержит первый наклонный опорный силовой цилиндр и второй наклонный опорный силовой цилиндр, причем один конец первого наклонного опорного силового цилиндра соединен с гнездом шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной первой полуарочной балки, а другой конец первого наклонного опорного силового цилиндра присоединен к сдвоенному шарнирному гнезду, который присоединен к соединительному элементу, и один конец второго наклонного опорного силового цилиндра входит в гнездо шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной второй полуарочной балки, а другой конец второго наклонного опорного силового цилиндра присоединен к сдвоенному шарнирному гнезду.
В одном из вариантов два конца как передней арочной балки, так и задней арочной балки продолжаются вниз боковыми секциями, каждая из которых снабжена балкой ограждения боковой стенки туннеля.
Один конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к передней арочной балке, а другой конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к задней арочной балке, и опорный силовой цилиндр расположен ниже концов передней арочной балки и задней арочной балки.
Когда передний арочный каркас и задний арочный каркас установлены параллельно друг другу, передние продольные балки и задние продольные балки проходят параллельно друг другу и составляют по меньшей мере две группы продольных балок, которые содержат по меньшей мере группу продольных балок, имеющую ступенчатую конфигурацию, сформированную двумя группами продольных балок, причем каждая такая группа продольных балок содержит по меньшей мере одну переднюю продольную балку и одну заднюю продольную балку.
Самодвижущийся несущий свод туннеля содержит по меньшей мере три группы продольных балок, причем передняя продольная балка и задняя продольная балка, проходящие параллельно на самом верхнем конце, формируют первую группу продольных балок, а другие группы продольных балок проходят симметрично по обеим сторонам первой группы продольных балок, которая является центром симметрии, при этом передние концы продольных балок в первой группе имеют наибольшую длину, а длины передних концов каждой из групп продольных балок с обеих сторон постепенно уменьшаются, в результате чего формируется многоступенчатая конфигурация.
Технические решения, предложенные в вариантах осуществления изобретения, обеспечивают следующие полезные результаты.
Несущий свод туннеля по настоящему изобретению является самодвижущимся и способен обеспечивать опору для верхней части и боковых стенок арочного туннеля, которые могут быть сложены из рыхлых пород, обеспечивает непрерывную поддерживающую силу, действующую на верхнюю часть и боковые стенки арочного туннеля, а также своевременно обеспечивает опору для верхней части сразу же после выполнения взрывных работ. Кроме того, несущий свод по настоящему изобретению обеспечивает опору не только для верхней части туннеля, но также и для двух боковых стенок, надежно поддерживая всю поверхность оползания. Несущий свод по настоящему изобретению надежно предохраняет от обрушения стенки и потолок арочного туннеля. Несущий свод по настоящему изобретению является надежным устройством, обеспечивающим безопасность работ, сокращающим время проходки туннеля и снижающим потребность в рабочей силе. Несущий свод по настоящему изобретению, кроме обеспечения традиционного пошагового способа проходки туннеля, также обеспечивает эффективное и удобное крепление и ограждение для породы в верхней части туннеля, имеющей ступенчатую конфигурацию.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено краткое описание прилагаемых чертежей, иллюстрирующих рассмотренные ниже варианты осуществления настоящего изобретения, в которых реализованы технические решения, предлагаемые в изобретении. Понятно, что эти чертежи иллюстрируют лишь отдельные варианты осуществления изобретения, и специалисты в данной области техники могут создать другие сопроводительные чертежи на основе имеющихся чертежей, что не требует каких-либо творческих усилий.
Фиг. 1 - вид сверху самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - вид сбоку удлиненного самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 - вид спереди самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - схематический вид конструкции переднего арочного каркаса по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 - вид сверху конструкции фигуры 4;
Фиг. 6 - схематический вид конструкции заднего арочного каркаса по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 - вид сверху конструкции фигуры 6;
Фиг. 8 - схематический вид конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля с пружинной плитой по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9 - схематический вид конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля с телескопической балкой по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 10 - схематический вид конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля с телескопическими балками по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 11 - схематический вид конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля с телескопическими балками по другому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 12 - схематический вид конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля с балкой ограждения боковой стенки по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13а - схематический вид для первой стадии продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13b - схематический вид для второй стадии продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13с - схематический вид для третьей стадии продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13d - схематический вид для четвертой стадии продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13е - схематический вид для пятой стадии продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13f - схематический вид для шестой стадии продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 14 - вид сверху конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля, имеющего ступенчатую конфигурацию, по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 15 - вид сбоку конструкции самодвижущегося несущего свода туннеля, имеющего ступенчатую конфигурацию.
Ссылочные обозначения и указываемые части или элементы:
1 - передний арочный каркас; 10 - передняя продольная балка; 11 - передняя арочная балка; 110 - первая полуарочная балка; 111 - вторая полуарочная балка; 112 - промежуточная балка; 12 - амортизационная прокладка;
2 - задний арочный каркас; 20 - задняя продольная балка; 21 - задняя арочная балка;
3 - силовой цилиндр продвижения свода вперед;
4 - опорный силовой цилиндр;
5 - пружинная плита;
6 - первый шарнир;
7 - телескопическая балка; 70 - малая латеральная балка; 71 - большая латеральная балка; 72 - латеральный силовой цилиндр; 73 - первый наклонный опорный силовой цилиндр; 74 - второй наклонный опорный силовой цилиндр; 75 - сдвоенный шарнирный узел;
8 - гнездо шарнира на внутренней стороне первой полуарочной балки; 9 - гнездо шарнира на внутренней стороне второй полуарочной балки; 13 - верхняя часть (потолок); 14 - верхняя боковая часть; 15 - боковая стенка; 16 - порода стенок и потолка туннеля; 17 - боковая балка; 18 - балка ограждения боковой стенки; 19 - шарнир; 100 - первая группа продольных балок.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение будет рассмотрено подробно на примерах его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, которые позволяют лучше понять цели, суть и достоинства технических решений в соответствии с изобретением.
Как показано на Фиг. 1, 2 и 3, самодвижущийся несущий свод туннеля содержит передний арочный каркас 1, задний арочный каркас 2, силовой цилиндр 3 продвижения свода вперед и опорный силовой цилиндр 4. Передний арочный каркас 1 содержит не менее трех продольных балок 10 и не менее трех арочных балок 11, причем все передние продольные балки 10, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга, проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям арочных балок 11, и каждая продольная балка 10 соединена со всеми арочными балками 11. В каждом соединении продольных балок 10 с арочными балками 11 используются прикрепленные к ним амортизационные прокладки 12, и опорный силовой цилиндр 4 установлен в нижней части переднего арочного каркаса 1. Задний арочный каркас 2 содержит не менее трех продольных балок 20 и не менее трех арочных балок 21, причем все продольные балки 20, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга, проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям арочных балок 21, и каждая продольная балка 20 соединена со всеми арочными балками 11. В каждом соединении продольных балок 20 с арочными балками 21 используются прикрепленные к ним амортизационные прокладки 12, и опорный силовой цилиндр 4 установлен в нижней части заднего арочного каркаса 2. Передние продольные балки 10 и задние продольные балки 20 проходят, чередуясь друг с другом, и между передней арочной балкой 11 и соседней с ней задней арочной балкой 21 имеется некоторое расстояние, которое равно длине однократного продвижения вперед переднего арочного каркаса 1. Один конец силового цилиндра 3 продвижения свода вперед присоединен к переднему арочному каркасу 1, а другой конец цилиндра 3 присоединен к заднему арочному каркасу 2, причем передняя арочная балка 11 и задняя арочная балка 21 имеют дугообразную форму.
В соответствии с настоящим изобретением передний арочный каркас содержит не менее трех арочных балок, согнутых для получения дугообразной формы, причем арочные балки расположены в ряд в продольном направлении, и несколько передних продольных балок установлены в продольном направлении по внешней поверхности передних арочных балок. В каждом соединении передних арочных балок и передних продольных балок используется амортизационная прокладка 12, причем ее длина и ширина равна ширине продольной балки, а толщина амортизационной прокладки 12 равна примерно 60 мм. После установки и соединения передних арочных балок, передних продольных балок и амортизационных прокладок в соответствии с вышеуказанной конфигурацией формируется трехмерная конструкция этого каркаса (Фиг. 4 и 5). Конструкция заднего арочного каркаса показана на Фиг. 6 и 7. Конфигурация заднего каркаса аналогична форме переднего арочного каркаса. Элементы переднего арочного каркаса и заднего арочного каркаса устанавливают друг на друга для более плотного заполнения конструкции свода и собирают для формирования каркасов. После сборки передний и задний арочные каркасы не соединены между собой, то есть представляют собой раздельные конструкции. Допускается смещение каркасов относительно друг друга влево, вправо, вверх и вниз на толщину одной амортизационной прокладки. В продольном направлении формируется промежуток между передним концом предыдущей передней арочной балки и задней арочной балки. Длина этого промежутка равна расстоянию между передним арочным каркасом и задним арочным каркасом, которое также равно одному шагу продвижения вперед несущего свода.
Как показано на Фиг. 1 и 2, один конец силового цилиндра 3 продвижения свода вперед присоединен к передней арочной балке 11, а другой конец цилиндра 3 присоединен к задней арочной балке 21, и в нижней части на концах арочной балки 11 и арочной балки 21 установлены опорные силовые цилиндры 4.
В другом варианте один конец силового цилиндра 3 продвижения свода вперед может быть присоединен к передней продольной балке 10, а другой конец силового цилиндра 3 может быть присоединен к задней продольной балке 20.
Собранные конструкции переднего арочного каркаса и заднего арочного каркаса по настоящему изобретению могут последовательно перемещаться вперед под действием выдвигающегося и втягивающегося силового цилиндра продвижения свода вперед, и при этом обеспечивается постоянная опора для породы в верхней части арочного туннеля. Опорная поверхность несущего свода по настоящему изобретению имеет дугообразную форму, которая может прижиматься к профилю поверхности и подходит для поддерживания различных дугообразных рабочих поверхностей туннеля, и при этом достигается хорошая несущая способность конструкции, обеспечивается сокращение времени работы и требуемой рабочей силы, и такая конструкция безопасна и надежна.
Как показано на Фиг. 8, передняя арочная балка 11 включает первую полуарочную балку 110 и вторую полуарочную балку 111, причем первая полуарочная балка 110 и вторая полуарочная балка 111 расположены напротив друг друга таким образом, что они формируют арочную балку, и первая полуарочная балка 110 соединена со второй полуарочной балкой 111 с помощью соединительного элемента, который обеспечивает возможность первой полуарочной балке 110 и второй полуарочной балке 111 сокращаться в направлении внутренних сторон или раздвигаться в направлении наружных сторон под определенным углом под действием внешней силы, и передняя арочная балка 11 имеет такую же конструкцию, как и задняя арочная балка 12.
Предпочтительно соединительный элемент имеет форму пружинной плиты 5, средняя часть верхнего конца первой полуарки 110 имеет отверстие, и средняя часть верхнего конца второй полуарки 111 также имеет отверстие, причем один конец пружинной плиты 5 введен в отверстие верхнего конца первой полуарки 110, а другой конец пружинной плиты 5 введен в отверстие верхнего конца второй полуарки 111, и пружинная плита 5 прикреплена к первой полуарке 110 и ко второй полуарке 111 с помощью пальцев.
Самодвижущийся несущий свод туннеля по настоящему изобретению под действием усилия, создаваемого опорными силовыми цилиндрами в направлении вверх, обеспечивает опору для породы в верхней части туннеля. Поскольку арочная конструкция проходит в направлении ее концов, которые проходят вертикально с обеих сторон, несущее усилие, действующее на потолок туннеля, уменьшается. Для увеличения этого несущего усилия, действующего на потолок туннеля, для предотвращения его обрушения в настоящем изобретении предлагается вырезать среднюю часть полной арочной балки для получения пружинной конструкции, так что арочная балка отходит наружу под определенным углом под действием внешней силы, причем изменения угла приводят к изменению расстояния. Когда опорный силовой цилиндр поддерживает нижний конец арочной балки, она стремится выдвигаться наружу, в результате чего обеспечивается достаточное несущее усилие для поддержания потолка туннеля. Пружинная плита по настоящему изобретению работает таким образом, что арочный несущий свод туннеля обеспечивает опорное усилие для 50% площади стенок туннеля.
В предпочтительном варианте соединительный элемент может иметь форму первого шарнира 6.
Конструкция первого шарнира также обеспечивает возможность левой и правой частей арочной балки сокращаться в направлении ее внутренней стороны или раздвигаться в направлении внешней ее стороны под определенным углом под действием внешней силы, в результате чего обеспечивается достаточное несущее усилие в отношении верхней части туннеля и повышается безопасность и надежность.
На фигуре 9 представлен соответствующий вариант осуществления изобретения. В этом варианте внутренние стороны первой полуарочной балки 110 и второй полуарочной балки 111 снабжены телескопической балкой 7, один конец которой присоединен к первой полуарочной балке 110, а другой конец присоединен ко второй полуарочной балке 111.
Опорный силовой цилиндр обеспечивает несущее усилие, действующее на верхнюю часть туннеля, а латеральная телескопическая балка также обеспечивает поперечное усилие, действующее на боковые стенки туннеля в их верхней части, так что обеспечивается хорошее управление несущей способностью и устойчивостью несущего свода туннеля.
В предпочтительном варианте телескопическая балка 7 содержит малую латеральную балку 70 и большую латеральную балку 71, причем один конец малой латеральной балки 70 входит внутрь большой латеральной балки 71, а другой конец малой латеральной балки 70 входит в гнездо 8 шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной первой полуарочной балки 110; и телескопическая балка 7 снабжена внутри латеральным силовым цилиндром 72, причем один конец этого силового цилиндра 72 шарнирно соединен с малой латеральной балкой 70, а второй конец силового цилиндра 72 шарнирно соединен с большой латеральной балкой 71, и один конец большой латеральной балки 71 входит в гнездо 9 шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной второй полуарочной балки 111. Малая латеральная балка и большая латеральная балка представляют собой полые стальные элементы.
Настоящее изобретение обеспечивает опору для всех верхних частей туннеля. Для повышения несущей способности самодвижущегося свода для поддержания стенки из породы 16 на двух сторонах верхней части туннеля и улучшения устойчивости этого свода должно обеспечиваться усилие в поперечном направлении. В соответствии с изобретением в средней точке арочной балки обеспечивается шарнир, так что несущие части арочной балки могут поворачиваться относительно оси вращения шарнира, в результате чего формируется конструкция каркаса, которая может смещаться внутрь или наружу под определенным углом. Между двумя частями арочной балки обеспечивается латеральная телескопическая балка, внутри которой имеется гидравлический цилиндр, так что длина латеральной балки может увеличиваться и уменьшаться. Когда длина латеральной балки уменьшается, обе части арочной балки отходят внутрь от верхней части стенок туннеля, и несущий свод туннеля может быть продвинут вперед при минимальном сопротивлении движению. Когда длина латеральной балки увеличивается, обе части арочной балки будут подпирать две верхние боковые части 14 туннеля под действием гидравлического цилиндра и будут предотвращать обрушение породы. Использование шарниров и латерального силового цилиндра по настоящему изобретению обеспечивает поперечную силу по горизонтали, в результате чего обеспечивается повышенная несущая способность боковых частей несущего свода туннеля. В результате повышается устойчивость несущего свода туннеля. Таким образом, когда опорный силовой цилиндр временно убран, несущий свод туннеля может оставаться на своем месте просто под действием латерального силового цилиндра. Поэтому несущий свод туннеля, дополнительно снабженный телескопической балкой, не может обрушиться. Арочный несущий свод туннеля по настоящему изобретению не только является самодвижущимся, но также содержит верхнюю арочную конструкцию, которая обеспечивает активную опору для трех сторон туннеля. Кроме того, обеспечивается постоянная опора для трех сторон туннеля. Таким образом, конструкция, предлагаемая в настоящем изобретении, применима для туннелей с обрушивающейся породой, создающей большое давление.
Как показано на фигуре 10, конструкция с телескопической балкой по настоящему изобретению может быть также заменен конструкцией, содержащей первый наклонный опорный силовой цилиндр 73 и второй наклонный опорный силовой цилиндр 74. Один конец первого наклонного опорного силового цилиндра 73 входит в гнездо 8 шарнира для шарнирного соединения с внутренней стороной первой полуарочной балки 110, а другой конец первого наклонного опорного силового цилиндра 73 присоединен к сдвоенному шарнирному узлу 75, подвешенному на первом шарнире 6. Один конец второго наклонного опорного силового цилиндра 74 соединен посредством шарнира с гнездом 9 шарнира на внутренней стороне второй полуарочной балки 111, а другой конец второго наклонного опорного силового цилиндра 74 присоединен к сдвоенному шарнирному узлу 75.
Телескопический механизм каждого наклонного опорного силового цилиндра поднят наверх по сравнению с латеральной телескопической балкой предыдущей конструкции, так что обеспечивается большая высота туннеля для проходящих по нему транспортных средств.
Как показано на фигуре 11, соединительный элемент содержит промежуточную балку 112 и два шарнира 19. Один конец промежуточной балки 112 присоединен к первой полуарочной балке 110 с помощью шарнира 19, а другой конец промежуточной балки 112 присоединен ко второй полуарочной балке 111 с помощью другого шарнира 19. Сдвоенный шарнирный узел 75 прикреплен к нижней части промежуточной балки 112, причем один конец сдвоенного шарнирного узла 75 соединен посредством шарнира с первым наклонным опорным силовым цилиндром 73, а другой конец сдвоенного шарнирного узла 75 соединен со вторым наклонным опорным силовым цилиндром 74.
В конструкции несущего свода туннеля может использоваться промежуточная балка. На верхней части промежуточной балки может быть расположена одна передняя продольная балка. Более конкретно, одна передняя продольная балка расположена на верхней части промежуточной балки точно посередине несущего свода для поддержания породы посередине потолка туннеля.
Как показано на фигурах 11 и 12, два конца передней арочной балки 11 продолжаются вниз боковыми секциями 17, причем каждая боковая секция 17 снабжена боковой ограждающей балкой 18. Задняя арочная балка 21 имеет такую же конструкцию, как и передняя арочная балка И, причем два конца арочной балки 21 также продолжаются вниз боковыми секциями 17, которые также снабжены боковыми ограждающими балками 18.
В соответствии с настоящим изобретением арочная балка может быть продолжена вниз, как это показано на фигуре 3, причем это продолжение может быть прямолинейным или криволинейным. Внешняя сторона продолжения арочной балки прикреплена к длинной продольной балке, то есть к продольной боковой ограждающей балке. Размеры боковой ограждающей балки могут быть такими же, как и размеры передней продольной балки. Нижние продолжения передней арочной балки и боковые ограждающие балки защищают две стороны, так что арочный несущий свод обеспечивает опору для двух боковых стенок туннеля в дополнение к опоре для его верхней части. Поэтому самодвижущееся несущее устройство, предлагаемое в настоящем изобретении, поддерживает одну сторону (верхнюю часть) и ограждает две стороны (две боковые стенки) туннеля. Таким образом, самодвижущийся арочный свод туннеля может поддерживать породу с одной стороны и ограждать стенки породы по обеим сторонам туннеля. Форма каркаса, при ее использовании в туннеле, может эффективно предотвращать повреждения и защищать от опасностей, связанных с обрушением породы с двух боковых верхних частей туннеля и с оползнями грунта с двух боковых стенок, что может представлять опасность для людей и оборудования. В этом случае предлагаемое устройство предпочтительно использовать в туннелях, в которых порода может обрушиваться с потолка туннеля, однако она достаточно устойчива с двух сторон. Если же в туннеле порода может осыпаться и обрушиваться с трех сторон, то может использоваться арочная балка с первым шарниром, с пружинной плитой или с промежуточной балкой. Арочная балка снабжена телескопической балкой 7, а также боковыми секциями 17 и боковыми ограждающими балками 18. Таким образом, несущий свод, предлагаемый в настоящем изобретении, обеспечивает активную опору для трех сторон туннеля (см. фигуры 10, 11 и 12).
В настоящем изобретении также обеспечивается продвижение несущего свода вперед на большое расстояние при однократном действии механизма продвижения свода. Продвижение несущего свода вперед на большое расстояние обеспечивается за счет увеличения расстояния между передней арочной балкой и задней арочной балкой. Таким образом, несущий свод по настоящему изобретению обеспечивает большую скорость продвижения вперед оборудования, и, соответственно, увеличивается объем выбираемого грунта в туннеле за один цикл работы, и ускоряется проходка туннеля.
Продольная балка несущего свода по настоящему изобретению может быть изготовлена из коротких секций, на концах которых имеются шарнирные соединения, с помощью которых эти секции могут быть соединены друг с другом. Короткие секции удобны для транспортировки и могут соединяться и наращиваться до самой большой длины для использования в туннеле, в котором требуется длинномерная несущая конструкция.
Форма каркаса, показанная на фигуре 9, используется в качестве примера для описания способа продвижения вперед самодвижущегося несущего свода туннеля и действия его отдельных частей.
1. Как показано на фигуре 13а, когда несущий свод готов к действию, все опорные силовые цилиндры 4 на переднем арочном каркасе 1 подняты, так что опорные колонны отрываются от нижней плиты, и передний арочный каркас 1 уже не будет давить на породу в верхней части туннеля. Латеральный силовой цилиндр внутри телескопической балки действует таким образом, что балка сокращается, и арочный каркас уже не будет давить на верхнюю боковую часть туннеля. В этом случае передняя продольная балка 10, расположенная на верхней части переднего арочного каркаса 1, опускается на верхнюю часть арочной балки 21 заднего арочного каркаса, расположенной поперечно на заднем арочном каркасе 2. При этом порода потолка и боковых верхних частей туннеля поддерживается задним арочным каркасом 2. Кроме того, задний арочный каркас 2 также поддерживает передний арочный каркас 1 и различные устройства каркаса 1.
2. Как показано на фигуре 13b, силовой цилиндр продвижения свода вперед выдвигается и толкает передний арочный каркас 1, так что он вместе со всеми своими устройствами продвигается вперед на один шаг продвижения.
3. Как показано на фигуре 13с, опорные силовые цилиндры 4 на переднем арочном каркасе 1 опущены, так что он поднят для поддержания породы на потолке туннеля. Телескопическая балка вытягивается, так что две боковые части переднего арочного каркаса входят в соприкосновение с боковыми верхними частями туннеля. Таким образом, две боковые верхние части туннеля поддерживаются латеральными силовыми цилиндрами, расположенными внутри телескопической балки. В результате передний арочный каркас успешно продвинут вперед.
4. Как показано на фигуре 13d, все опорные силовые цилиндры 4 на заднем арочном каркасе 2 подняты, так что прекращается его давление на потолок туннеля. Телескопическая балка сокращается, так что давление двух боковых частей заднего арочного каркаса на боковые верхние части туннеля прекращается. В результате продольная балка 20 на заднем арочном каркасе 2 отделяется от породы в верхней части стенки туннеля и прижимается к арочной балке 11 переднего арочного каркаса 1. При этом передний арочный каркас поддерживает породу потолка и верхних боковых частей туннеля, а также все устройства на заднем арочном каркасе 2.
5. Как показано на фигуре 13е, силовой цилиндр продвижения свода вперед сокращается, и задний арочный каркас 2 со всеми его устройствами продвигается вперед на один шаг продвижения. Передний конец заднего арочного каркаса 2 выровнен с передним концом переднего арочного каркаса 1.
6. Как показано на фигуре 13f, все опорные силовые цилиндры 4 заднего арочного каркаса 2 опущены для поддержания породы верхней части туннеля, телескопическая балка заднего арочного каркаса 2 раздвинута для прижатия его левой и правой частей к породе, так что задние продольные балки на внешних сторонах этих частей обеспечивают опору для боковых верхних частей туннеля. Таким образом, обеспечивается опора для всех верхних частей туннеля. На этом завершаются все действия по продвижению несущего свода вперед на один шаг. Телескопическая балка предназначена для стабилизации несущего свода и обеспечения опоры для двух боковых верхних частей туннеля.
В предпочтительном варианте, представленном на фигуре 14 и осуществляемом на основе варианта, показанного на фигуре 1, когда передний арочный каркас 1 и задний арочный каркас 2 установлены параллельно, передние продольные балки 10 и задние продольные балки 20, расположенные параллельно, состоят по меньшей мере из двух групп, причем эти по меньшей мере две группы продольных балок включают по меньшей мере одну группу продольных балок, имеющую ступенчатую конфигурацию, которая формируется двумя группами продольных балок, и каждая группа продольных балок включает по меньшей мере одну продольную балку 10 и одну продольную балку 20.
Формируется по меньшей мере одна группа продольных балок, имеющая ступенчатую конфигурацию. В процессе проходки туннеля путем пошагового продвижения вперед арочного свода и выемки грунта группа продольных балок, имеющая ступенчатую конфигурацию, может наращиваться секция за секцией. При такой конструкции может обеспечиваться опора и ограждение для породы множества секций туннеля.
На фигурах 14 и 15 представлена схема вышеописанного варианта, то есть самодвижущегося несущего свода туннеля со ступенчатой конфигурацией балок, которая включает по меньшей мере три группы продольных балок. Передние продольные балки 10 и задние продольные балки 2, проходящие параллельно друг другу, на самом верхнем конце формируют первую группу 100 продольных балок, которая может включать две продольные балки 10 и одну продольную балку 20. Другие группы продольных балок расположены симметрично по обеим сторонам первой группы 100 продольных балок, которая является центром симметрии для этих других групп. Передние концы первой группы 100 продольных балок имеют наибольшую длину, а длины передних концов каждой из групп продольных балок по обеим сторонам группы 100 постепенно уменьшаются. Передние концы любых двух соседних групп продольных балок по обеим сторонам первой группы 100 продольных балок формируют ступеньку.
В соответствии с рассматриваемым вариантом ступенчатая конфигурация формируется на переднем конце каждой из соседних групп продольных балок, и все продольные балки, входящие в эти группы, расположены симметрично относительно первой группы 100 продольных балок. Две передние продольные балки и одна задняя продольная балка каркаса формируют первую группу продольных балок на самой верхней части арочной балки, то есть ее средней части. Первая группа продольных балок, проходящих по средней части арочной балки, имеет самые длинные передние концы по сравнению с другими группами, и эти концы формируют наиболее выдающийся конец ступенчатой конфигурации продольных балок. Вторая группа продольных балок и третья группа продольных балок расположены симметрично по обеим сторонам первой группы продольных балок, проходящей по оси симметрии всей ступенчатой конфигурации. Передние концы продольных балок, входящих в другие группы, короче передних концов продольных балок, входящих в первую группу. Вторая группа продольных балок и третья группа продольных балок формируют ступенчатую конфигурацию вместе с первой группой продольных балок. Четвертая группа продольных балок и пятая группа продольных балок расположены последовательно на внешней стороне второй группы продольных балок и третьей группы продольных балок, и продольные балки, входящие в четвертую и пятую группы, имеют более короткие концы по сравнению с концами второй и третьей групп продольных балок. Четвертая группа продольных балок и пятая группа продольных балок формируют ступенчатую конфигурацию вместе со второй группой продольных балок и третьей группой продольных балок, и другие группы продольных балок расположены последовательно на четвертой группе продольных балок и пятой группе продольных балок таким образом, что любые две соседние группы продольных балок формируют ступеньку. В результате формируется многоступенчатая конфигурация. Продольные балки на двух самых крайних сторонах имеют самые короткие передние концы, и длины групп продольных балок изменяются постепенно и последовательно. В ступенчатой конфигурации по настоящему изобретению каждая группа продольных балок может быть разделена на множество секций при проходке туннеля путем пошагового продвижения вперед несущего свода и выемки грунт для обеспечения опоры и ограждения множества секций породы стенок туннеля.
В описании были рассмотрены только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, и они никоим образом не ограничивают его объем. Объем охраны настоящего изобретения охватывает любые модификации, эквивалентные замены или улучшения, сделанные без выхода за пределы сущности изобретения.
1. Самодвижущийся несущий свод туннеля, содержащий передний арочный каркас, задний арочный каркас, силовой цилиндр продвижения свода вперед и опорный силовой цилиндр, причем: передний арочный каркас содержит более трех передних продольных балок и более трех передних арочных балок, причем все передние продольные балки проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям передних арочных балок, при этом каждая передняя продольная балка присоединена ко всем передним арочным балкам, передняя арочная балка содержит первую полуарочную балку и вторую полуарочную балку, причем первая полуарочная балка соединена с одним концом телескопической балки, вторая полуарочная балка соединена с другим концом телескопической балки, причем телескопическая балка содержит малую латеральную балку и большую латеральную балку, где один конец малой латеральной балки вставлен внутрь большой латеральной балки, а другой конец малой латеральной балки соединен с первой полуарочной балкой, и телескопическая балка снабжена внутри латеральным силовым цилиндром, причем один конец этого латерального силового цилиндра шарнирно соединен с малой латеральной балкой, а второй конец этого латерального силового цилиндра шарнирно соединен с большой латеральной балкой, один конец большой латеральной балки соединен со второй полуарочной балкой; опорный силовой цилиндр расположен в нижней части переднего арочного каркаса; задний арочный каркас содержит более трех задних продольных балок и более трех задних арочных балок, причем все задние продольные балки проходят в продольном направлении по арочным верхним поверхностям задних арочных балок, при этом каждая задняя продольная балка присоединена ко всем задним арочным балкам, и опорный силовой цилиндр расположен в нижней части заднего арочного каркаса; передние продольные балки и задние продольные балки проходят, чередуясь друг с другом, и между передней арочной балкой и соседней задней арочной балкой имеется пространство; и один конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к переднему арочному каркасу, а другой конец цилиндра продвижения свода вперед присоединен к заднему арочному каркасу, причем передняя арочная балка и задняя арочная балка имеют дугообразную форму.
2. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 1, в котором первая полуарочная балка и вторая полуарочная балка расположены напротив друг друга таким образом, что они формируют арочную балку, и первая полуарочная балка соединена со второй полуарочной балкой с помощью соединительного элемента, который обеспечивает возможность первой полуарочной балке и второй полуарочной балке сокращаться в направлении внутренних сторон или раздвигаться в направлении наружных сторон под определенным углом под действием внешней силы; и передняя арочная балка имеет такую же конструкцию, как и задняя арочная балка.
3. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 2, в котором соединительный элемент представляет собой пружинную плиту, средняя часть верхнего конца первой полуарочной балки имеет отверстие и средняя часть верхнего конца второй полуарочной балки имеет отверстие, причем один конец пружинной плиты введен в отверстие средней части первой полуарочной балки, а другой конец пружинной плиты введен в отверстие средней части второй полуарочной балки, и пружинная плита фиксировано соединена с первой полуарочной балкой и второй полуарочной балкой с помощью пальцев.
4. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 2, в котором соединительный элемент представляет собой первый шарнир.
5. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 2, в котором соединительный элемент содержит промежуточную балку и два шарнира, причем один конец промежуточной балки присоединен к первой полуарочной балке с помощью одного шарнира, а другой конец промежуточной балки присоединен ко второй полуарочной балке с помощью другого шарнира.
6. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 5, в которой арочные внутренние стороны первой полуарочной балки и второй полуарочной балки снабжены телескопической балкой, причем один конец этой балки присоединен к первой полуарочной балке, а второй конец телескопической балки присоединен ко второй полуарочной балке.
7. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 6, в котором другой конец малой латеральной балки соединен с гнездом шарнира на внутренней стороне первой полуарочной балки через шарнир; и один конец большой латеральной балки соединен с гнездом шарнира на внутренней стороне второй полуарочной балки через шарнир.
8. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 6, в котором телескопическая балка содержит первый наклонный опорный силовой цилиндр и второй наклонный опорный силовой цилиндр, причем один конец первого наклонного опорного силового цилиндра соединен с гнездом шарнира на внутренней стороне первой полуарочной балки посредством шарнира, а другой конец первого наклонного опорного силового цилиндра соединен со сдвоенным шарнирным узлом, который присоединен к соединительному элементу, и один конец второго наклонного опорного силового цилиндра соединен с гнездом шарнира на внутренней стороне второй полуарочной балки, а другой конец второго наклонного опорного силового цилиндра соединен со сдвоенным шарнирным узлом.
9. Самодвижущийся несущий свод туннеля по любому из пп. 1-8, в котором оба конца как передней арочной балки, так и задней арочной балки продолжаются вниз боковыми секциями, каждая из которых снабжена балкой ограждения боковой стенки туннеля.
10. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 9, в котором один конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к передней арочной балке, а другой конец силового цилиндра продвижения свода вперед присоединен к задней арочной балке, и опорный силовой цилиндр расположен ниже концов передней арочной балки и задней арочной балки.
11. Самодвижущийся несущий свод туннеля по любому из пп. 1-8 или 10, в котором, когда передний арочный каркас и задний арочный каркас установлены параллельно друг другу, передние продольные балки и задние продольные балки проходят параллельно друг другу и составляют по меньшей мере две группы продольных балок, где эти по меньшей мере две группы продольных балок содержат по меньшей мере группу продольных балок, имеющую ступенчатую конфигурацию, сформированную двумя группами продольных балок, причем каждая такая группа продольных балок содержит по меньшей мере одну переднюю продольную балку и одну заднюю продольную балку.
12. Самодвижущийся несущий свод туннеля по п. 11, содержащий по меньшей мере три группы продольных балок, причем передняя продольная балка и задняя продольная балка, проходящие параллельно друг другу на самом верхнем конце, формируют первую группу продольных балок, а другие группы продольных балок проходят симметрично по обеим сторонам первой группы продольных балок, причем первая группа продольных балок является центром симметрии, при этом передние концы продольных балок в первой группе имеют наибольшую длину, а длины передних концов каждой из групп продольных балок с обеих сторон постепенно уменьшаются, в результате чего формируется многоступенчатая конфигурация.
