Агрегат для проходки тоннелей

Авторы патента:

E21D9/06 - проходка с использованием проходческих щитов

Владельцы патента RU 2765746:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ" (RU)

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для сооружения автодорожных, железнодорожных и коммунальных тоннелей в грунтах III и IV категории. Агрегат для проходки тоннелей содержит три ряда прямоточных роторных рыхлителей, установленных уступом на раме агрегата. Каждый вышерасположенный ряд смещен назад и по высоте. Рама агрегата опирается на гусеничную ходовую часть. К раме агрегата приварены боковые сбрасыватели. На раме агрегата установлены пассивные ножи: один нижний, шесть боковых и один верхний, на раме также установлены нижний склиз, три шнека, рама транспортера, неподвижная часть транспортера, площадка и кабина оператора. В неподвижную часть транспортера входит выдвижная часть транспортера. На раме транспортера установлены барабаны и барабан подвижный, охватываемые лентой транспортера. На площадке расположены двигатель, две емкости для рабочей жидкости, промежуточная емкость раствора, промежуточная емкость гидроизоляции, шесть насосов подачи раствора и гидроизоляции. К двигателю присоединены водовоздушный теплообменник и газовоздушный теплообменник. От двигателя получают привод: насос рыхлителей, насос шнеков, насос транспортера, насос перемещения. Применение агрегата для проходки тоннелей позволит осуществить весь комплекс работ, связанных проходкой, с наименьшими затратами энергии и времени, повысить коэффициент полезного действия двигателя как тепловой машины. 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для сооружения автодорожных, железнодорожных и коммунальных тоннелей в грунтах III и IV категории.

Известен геоход (проходческий щитовой агрегат) (патент RU 2552539, МПК E21D 9/06, опубл. 10.06.2015, БИ №16), содержащий головную и концевую цилиндрические секции. В передней части головной секции на рамной конструкции расположен исполнительный орган геохода, содержащий два разрушающих цилиндрических элемента барабанного типа, соединенные с двигателем и установленные под углом а в диаметральной плоскости с эксцентриситетом относительно продольной оси геохода. На внешней стороне головной цилиндрической секции закреплен движитель, выполненный в виде коротких секторов двухзаходной спиральной поверхности. Перед ними установлены разрушающие органы движителя цилиндрической формы, на боковой поверхности которых расположены радиальные резцы. Приводной двигатель разрушающих органов движителя установлен на внутренней стороне головной секции. На концевой цилиндрической секции закреплены продольные элементы противовращения с установленными перед ними разрушающими органами элементов противовращения цилиндрической формы, ось вращения которых перпендикулярна продольной оси геохода.

Известны также дуплексный геоход (патент RU 2469192, МПК E21D 9/06, опубл. 10.12.2012, БИ №34), проходческий щитовой агрегат (патент RU 2418950, МПК E21D 9/06, опубл. 20.05.2011, БИ №14), биротативный проходческий щитовой агрегат (патент RU 2412354, МПК E21D 9/06, опубл. 20.02.2011, БИ №5), исполнительный орган проходческого щита (патент RU 2244129, МПК E21D 9/06, опубл. 10.01.2005, БИ №1), проходческие щиты (патент RU 2182667, МПК E21D 9/06, опубл. 20.05.2002, БИ №14), (патент RU 2166088, МПК E21D 9/06; E21C 27/30, опубл. 27.04.2001, БИ №12), проходческий щитовой агрегат (патент RU 2066762, МПК E21D 9/06), исполнительный орган проходческого щита овальной формы (патент RU 2376473, МПК E21D 9/06; Е21С 27/30, опубл. 20.12.2009, БИ №35). Недостатком этих конструкций является получение тоннеля круглой или овальной формы, не соответствующей требованиям ГОСТ24451-80 и ГОСТ 9238-2013.

Способ сооружения тоннеля и устройство для его осуществления (патент RU 2266409, МПК E21D 9/087, опубл. 20.12.2005, БИ №9) позволяет получить тоннель как круглой, так и прямоугольной формы. Агрегат включает несущий корпус с герметичной диафрагмой, на котором закреплены щитовая оболочка, состоящая из головной и хвостовой частей, щитовые гидроцилиндры, ножевое кольцо и многоосный рабочий орган с приводными модулями. Корпус рабочего органа выполнен в виде рамной решетки с породоразрушающими и смесительными элементами. При переходе от проходки тоннеля одной формы к другой производят переналадку агрегата путем замены в монтажной камере, сооруженной в конце первого тоннельного участка, его формообразующих элементов при неизменном их числе.

Наиболее близким техническим решением является проходческий щитовой комплекс для сооружения прямоугольных тоннелей (патент RU 2130120, МПК E21D 9/06, опубл. 10.05.1999) предназначенный для сооружения тоннелей методом продавливания. Он включает щит прямоугольного профиля с обрабатывающим поверхность забоя рабочим органом в виде оснащенных резцами парных шнеков с горизонтальными осями вращения и встречным направлением спиралей, транспортирующих разработанный грунт к оси щита. По вертикальной оси щита между концами шнеков установлен вертикальный скалыватель грунта, причем концевые участки шнеков длиной, равной 0,2…0,4 их длины, выполнены с двухзаходной нарезкой. Рабочий орган разрабатывает забой и транспортирует разработанный грунт к оси щита, а затем с помощью шнекового транспортера перемещает его на тоннельный ленточный транспортер и далее в вагонетки. Привод рабочего органа осуществляется от гидравлических моторов через редукторы. Управление щитом и его перемещение относительно телескопического эвена, соединенного с продавливаемой обделкой, производится гидроцилиндрами.

Основным недостатком всех конструкций являются большие затраты энергии на разработку кубического метра грунта, так как проходку осуществляют методом продавливания, а активные рабочие органы установлены не оптимально.

Задачей изобретения является создание агрегата непрерывного действия для проходки тоннелей, осуществляющего весь комплекс работ, связанных проходкой, с наименьшими затратами энергии и времени.

Поставленная задача решается тем, что:

- форма тоннелей, создаваемых агрегатом, близка к государственным стандартам, то есть в процессе проходки будет извлечено минимально необходимое количество грунта;

- доля объема грунта, разрыхляемого в результате воздействия пассивных ножей и обрушением, составляет 23% от общего объема грунта, разрыхляемого агрегатом;

- для разработки грунта использованы рационально размещенные по сечению проходки энергосберегающие прямоточные роторные рыхлители диаметром один метр (патент RU 2735497, МПК E02F 5/32, E02F 3/24, опубл. 03.11.2020, №31);

- сила тяги, создаваемая прямоточными роторными рыхлителями, шнеками с режущими зубцами и реакцией грунта, перемещаемого транспортером, превышает сопротивление, создаваемое пассивными ножами, поэтому затраты энергии на перемещение агрегата посредством ходовой части минимальные.

Новые существенные признаки:

- три ряда прямоточных роторных рыхлителей установлены уступом на раме агрегата, при этом каждый вышерасположенный ряд смещен назад и по высоте;

- рама агрегата опирается на гусеничную ходовую часть;

- к раме агрегата приварены боковые сбрасыватели;

- на раме агрегата установлены пассивные ножи: один нижний, шесть боковых и один верхний, причем пассивные ножи служат скользящей опалубкой;

- на раме агрегата также установлены: нижний склиз, три шнека, рама транспортера, неподвижная часть транспортера, площадка и кабина оператора;

- в неподвижную часть транспортера входит выдвижная часть транспортера;

- на раме транспортера установлены барабаны и барабан подвижный, охватываемые лентой транспортера;

- на площадке расположены: двигатель, две емкости для рабочей жидкости, промежуточная емкость раствора, промежуточная емкость гидроизоляции, шесть насосов подачи раствора и гидроизоляции;

- к двигателю присоединены водовоздушный теплообменник и газовоздушный теплообменник;

- от двигателя получают привод: насос рыхлителей, насос шнеков, насос транспортера, насос перемещения.

Совокупность известных и отличительных существенных признаков заявляемого агрегата не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.

Новый технический результат заключается в том, что использование предлагаемого агрегата позволит осуществить комплекс работ при проходке тоннелей с минимальными затратами энергии и времени, повысить коэффициент полезного действия двигателя, как тепловой машины.

На фиг. 1 показана схема агрегата, вид слева; на фиг. 2 - схема агрегата, вид сверху; на фиг. 3 - схема агрегата в транспортном положении, вид слева; на фиг. 4 - сечение тоннеля, схема границ воздействия на грунт рабочих органов элементов агрегата; на фиг. 5 - сечение тоннеля по ГОСТ 24451-80 «Тоннели автодорожные», схема проходов агрегата; на фиг. 6 - сечение тоннеля по ГОСТ 9238-2013 «Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений», схема проходов агрегата.

Три ряда прямоточных роторных рыхлителей 17 (фиг. 1, 2) установлены уступом на раме агрегата 13, при этом каждый вышерасположенный ряд смещен назад и по высоте (по ходу агрегата). Рама агрегата опирается на гусеничную ходовую часть 10. На ней установлены пассивные ножи 15 с форсунками: один нижний, шесть боковых и один верхний. К раме агрегата приварены боковые сбрасыватели 14. На раме агрегата также установлены: нижний склиз 16, три шнека 18, рама транспортера 7, неподвижная часть транспортера 4, площадка 11 и кабина оператора 12. В неподвижную часть транспортера входит выдвижная часть транспортера 3, приводимого гидромотором 1 транспортера. На раме транспортера установлены барабаны 5 и барабан подвижный 6, охватываемые лентой транспортера 2. На площадке расположены: двигатель 20, две емкости для рабочей жидкости 9, промежуточная емкость раствора 23, промежуточная емкость гидроизоляции 27, шесть поршневых насосов 8 подачи раствора и гидроизоляции. К двигателю присоединены водовоздушный теплообменник 21 и газовоздушный теплообменник 22. От двигателя получают привод: насос рыхлителей 19, насос шнеков 24 (фиг. 2), насос транспортера 25, насос перемещения 26 и остальных потребителей.

При перемещении агрегата (на фиг. 1, справа налево) нижний ряд прямоточных роторных рыхлителей разрыхляет часть грунта в пределах будущего тоннеля. Нижний пассивный нож и два нижних боковых пассивных ножа подрезают грунт, который скользит на ленту транспортера частично от напора поступающего грунта, частично от воздействия шнеков. Шнеки разрыхляют перемычки, остающиеся между прямоточных роторных рыхлителей нижнего ряда. Другие прямоточные роторные рыхлители, боковые пассивные ножи и верхний пассивный нож поэтапно разрыхляют грунт и направляют на транспортер. При этом значительная часть грунта обрушивается на транспортер без воздействия прямоточных роторных рыхлителей. Транспортер направляет грунт в транспортное средство Т.

Рабочая жидкость располагается в емкостях для рабочей жидкости. Давление рабочей жидкости создают: насос рыхлителей, насос шнеков, насос транспортера и насос перемещения. Привод всех элементов агрегата гидравлический. Воздух в двигатель подает вентилятор, расположенный вне тоннеля, а отработавшие газы отсасывает другой вентилятор (не показаны). Другие насосы, расположенные вне тоннеля, подают гидроизоляцию и раствор, предназначенный для укрепления стенок тоннеля, в промежуточные емкости. Оттуда насосы подают гидроизоляцию и раствор через форсунки, установленные на пассивных ножах, на стенки и свод тоннеля для их гидроизоляции и укрепления. При этом пассивные ножи служат скользящей опалубкой. Вентилятор также нагнетает воздух в водовоздушный теплообменник, служащий радиатором двигателя. Воздух проходит через водовоздушный теплообменник, газовоздушный теплообменник и поступает на поверхность раствора, способствуя его быстрому отвердению. Этот воздух обогревает пространство тоннеля и создает в тоннеле избыточное давление для удаления пыли и газов, которые, возможно, появятся в разрабатываемом грунте. Наличие водовоздушного теплообменника и газовоздушного теплообменника повышает коэффициент полезного действия двигателя, как тепловой машины. Управляют агрегатом из кабины оператора. Там также расположены основные элементы автоматики.

При работе агрегата (фиг. 3) одиннадцать прямоточных роторных рыхлителей разрыхляют грунт в границах ПРР. Для уравновешивания моментов направление вращения элементов прямоточных роторных рыхлителей, установлены справа по ходу агрегата, противоположное направлению вращения элементов прямоточных роторных рыхлителей, установлены слева по ходу агрегата. Из промежутков между нижними прямоточными роторными рыхлителями грунт, преимущественно, извлекают три шнека в границах Ш их воздействия на грунт. Направление вращения шнека, установленного справа по ходу агрегата, противоположное направлению вращения шнека, установленного слева по ходу агрегата. Направление вращения шнека, установленного по центру агрегата, противоположное реактивному моменту прямоточного роторного рыхлителя, установленного по центру агрегата. Пассивные ножи формируют профиль проходки П. Компоновка агрегата одиннадцати рыхлителями, установленными в три ряда, позволяет осуществить устройство агрегатом тоннеля автодороги IV категории, выполненного по ГОСТ 24451-80 в границе Гр, за четыре прохода (фиг. 5). Тоннель предназначен для двухполосного движения автомобилей. Для среза грунта участков А, Б, В свода тоннеля на агрегат устанавливают дополнительные пассивные рабочие органы. Участок Г обрушится при третьей и четвертой проходке. При формировании тоннеля будет небольшое перекрытие Пер 1 и 2 прохода. При 3 и 4 проходе будет выбран грунт для последующего формирования основания О дороги Д, дорожной одежды ОД, левой защитной полосы П, совмещенной со служебным проходом тоннеля и правой защитной полосы тоннеля 3. Компоновка агрегата позволяет осуществить устройство железнодорожного тоннеля для одной колеи, выполненного по ГОСТ 9238-2013 (фиг. 6), за два прохода. Для среза грунта участков А, Б тоннеля на агрегат устанавливают дополнительные пассивные рабочие органы. При формировании тоннеля будет небольшое перекрытие Пер 1 и 2 прохода. Получится тоннель, границы которого И, немного шире границы Гр, предусмотренной ГОСТ 9238-2013.

В транспортном положении (фиг. 4), выдвижная часть транспортера входит в неподвижную часть транспортера, а барабан подвижный перемещается внутрь рамы транспортера (показано стрелками). Гидроцилиндры перемещают ходовую часть агрегата вниз относительно рамы агрегата.

Агрегат для проходки тоннелей, содержащий шнеки с резцами, выполненные с двухзаходной нарезкой, боковые пассивные ножи, ленточный транспортер, гидромоторы, отличающийся тем, что три ряда прямоточных роторных рыхлителей установлены уступом на раме агрегата, при этом каждый вышерасположенный ряд смещен назад и по высоте, а рама агрегата опирается на гусеничную ходовую часть, к раме агрегата приварены боковые сбрасыватели, на ней установлены пассивные ножи: один нижний, шесть боковых и один верхний, нижний склиз, три шнека, рама транспортера, неподвижная часть транспортера, площадка и кабина оператора, причем в неподвижную часть транспортера входит выдвижная часть транспортера, кроме того на раме транспортера установлены барабаны и барабан подвижный, охватываемые лентой транспортера, на площадке расположены: двигатель, две емкости для рабочей жидкости, промежуточная емкость раствора, промежуточная емкость гидроизоляции, шесть насосов подачи раствора и гидроизоляции, при этом к двигателю присоединены водовоздушный теплообменник и газовоздушный теплообменник и от двигателя получают привод: насос рыхлителей, насос шнеков, насос транспортера, насос перемещения.

Изобретение относится к устройству для активного временного крепления кровли, прикрепляемому к горному комбайну, к горному комбайну и соответствующему способу. Представлено устройство для активного временного крепления кровли, предназначенное для прикрепления к горному комбайну и содержащее по меньшей мере один набор опорных элементов, при этом каждый набор содержит по меньшей мере первый опорный элемент и второй опорный элемент, предназначенные для поддержки кровли подземного тоннеля, приводной блок для приведения в действие набора опорных элементов с обеспечением последовательного перемещения первого и второго опорных элементов для поочередного взаимодействия с кровлей, с обеспечением поддержки кровли по меньшей мере одним опорным элементом в ходе работ по выемке породы, выполняемых горным комбайном.

Уплотнительное устройство, применяемое при осмотре призабойной камеры машины для щитовой проходки, и машина для щитовой проходки, содержащая такое устройство // 2713057

Изобретение относится к области прокладки тоннелей. Согласно настоящему изобретению раскрывается уплотнительное устройство, применяемое при осмотре призабойной камеры машины для щитовой проходки, и машина для щитовой проходки, при этом устройство содержит: корпус уплотнительного устройства, первый уплотнительный элемент, выполненный кольцевой формы, и вращающийся опорный элемент.

Система регулирования давления уплотнения основного привода проходческой машины и способы управления ею // 2704164

Группа изобретений относится к области технологий проходческих машин и, в частности, относится к системе регулирования давления уплотнения основного привода проходческой машины и способам управления ею. Конструкция уплотнения основного привода проходческой машины снабжена проточным каналом уплотнения и проточным каналом охлаждения, а система регулирования давления уплотнения основного привода содержит подсистему регулирования давления уплотнительного масла и подсистему цикла охлаждения, при этом подсистема регулирования давления уплотнительного масла предназначена для регулирования давления масла в проточном канале уплотнения, а подсистема цикла охлаждения предназначена для охлаждения проточного канала охлаждения.

Способ строительства подземной выработки и щитовой проходческий агрегат для его осуществления // 2703027

Изобретение относится к механизированному проведению подземных выработок с круглой формой поперечного сечения, в частности к способу строительства подземной выработки щитовым проходческим агрегатом. Способ заключается в том, что формирование выработки, ввинчивание головной секции агрегата и подтягивание хвостовой секции осуществляют одновременно.

Пеногенератор для снабженной проходческим щитом тоннелепроходческой машины и способ кондиционирования вынимаемого материала грунта в качестве опорной среды для проходческого щита // 2681713

Группа изобретений относится к пеногенератору для щитовой тоннелепроходческой машины и способу кондиционирования вынимаемого материала грунта в качестве опорной среды для проходческого щита тоннелепроходческой машины. Пеногенератор включает в себя смесительную камеру, имеющую первое впускное отверстие для вспениваемой жидкости и второе впускное отверстие для газа, а также выпускное отверстие для пены, соединенное с первым впускным отверстием.

Способ сооружения двухпутного тоннеля // 2625064

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам сооружения тоннелей большого диаметра глубокого и мелкого заложения. Способ сооружения двухпутного тоннеля включает проходку тоннеля с помощью тоннелепроходческого механизированного комплекса, установку опалубки для сооружения вентиляционного перекрытия, возведение жесткого основания тоннеля.

Способ обеспечения доступа к подземному объекту // 2624852

Изобретение относится к способу обеспечения доступа к подземному объекту винтоповоротным агрегатом прямым ходом при его вращении в одну сторону. Способ включает формирование ориентированной полости винтоповоротным агрегатом прямым ходом при его вращении в одну сторону, нарезку винтовых канавок и трех продольных радиальных каналов, равномерно распределяя их в плоскости поперечного сечения полости, в приконтурной зоне полости в массиве окружающих горных пород, поддержание выработанного пространства возведением крепи с установкой в радиальных каналах закладных элементов.

Исполнительный орган проходческого щитового комплекса для сооружения многополосных автодорожных и железнодорожных тоннелей и бесколонных станций метрополитена // 2614176

Изобретение относится к исполнительному органу проходческого щитового комплекса для сооружения многополосных автодорожных и железнодорожных тоннелей и бесколонных станций метрополитена. Технический результат заключается в обеспечении проходки тоннелей оптимальной овальной формы поперечного сечения при снижении затрат на разработку породы, обеспечение проходки в различных горногеологических условиях при больших притоках воды, а также в создание условий для максимальной механизации и автоматизации всех производственных процессов.

Способ проходки и крепления вертикальных и наклонных выработок и щитовой комплекс для его осуществления // 2607824

Изобретение относится к области подземного строительства при сооружении вертикальных и наклонных выработок глубокого заложения. Технический результат от использования изобретения состоит в повышении надежности и долговечности крепи, а также безопасности производства работ с сокращением сроков строительства стволов с существенным снижением материальных и трудовых затрат.