Щитовые проходческие комплексы

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

ФБГОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

КАФЕДРА «ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ»»

 

 

 

УДК  624.195       

                 

 

«  »                         2014                   

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по теме:

«Щитовые проходческие комплексы»

 

 

 

 

Исполнитель,

студент группы СПС-1-10           ______________________   Б. А. Антипов

                подпись, дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА 2014

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………....3

1. Проходческие щиты………………………………………………………….4

1.1 Частично механизированные проходческие щиты………...............4

1.2 Механизированные проходческие щиты…………………………...6

1.3 Щиты для проходки в сложных горно-геологических условиях………………………………………………………………………....8

2. Тоннельные щитовые машины (замещающие и изолирующие)………………………………………………………………….. 9

3. Оборудование проходческих щитов………………………………………..10

Заключение……………………………………………………………………...13

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………15

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Год от года растет население нашей планеты, а транспортных средств становится все больше, острее ощущается недостаток свободного пространства. Такая картина особенно характерна для городов-мегаполисов. Новые объекты инфраструктуры неизбежно уходят под землю, а это требует все более интенсивного освоения городского подземного пространства. Речь идет о сооружении горных выработок значительного диаметра – тоннелях и коллекторах.

Щитовая проходческая техника способна безопасно прокладывать тоннели на большие расстояния под  горными массивами, заливами и реками, а высокотехнологичное управление с помощью высокоточных приборов гарантирует ведение щита к цели с точностью до миллиметра по заданной трассе.

В последние  годы создано значительное число  новых высокопроизводительных механизированных проходческих щитовых комплексов, в основном зарубежными фирмами, с различными типами исполнительных органов для строительства тоннелей в различных горно-геологических условиях.

 

1. Проходческие щиты

 

1.1 Частично механизированные проходческие щиты

Рисунок 1.

 

Основным средством  механизации горных работ и защиты забоя от обрушения пород на весь проходческий цикл — от разработки породы до возведения обделки —  являются щиты. Проходческий щит —  это подвижная стальная крепь  в виде полого стального цилиндра, лежащего горизонтально вплотную к забою. Форма щита повторяет форму сооружаемой обделки.

Одним из основных признаков  для классификации проходческих щитов является наличие или отсутствие системы механизированных устройств  для выполнения всех основных работ. При использовании частично механизированного щита разрушение породы производится отбойными молотками или буровзрывным способом, погрузка породы в забое — вручную или погрузочными машинами, возведение крепи (обделки) — вручную или механизированным способом.

На строительстве коллекторных тоннелей применяются частично механизированные щиты диаметром от 2000 до 5200 мм, а на строительстве перегонных тоннелей метрополитена – от 5900 до 5624 мм. Существуют щиты и других диаметров для строительства транспортных тоннелей и тоннелей специального назначения.

Частично механизированные щиты изготавливаются как с открытой, так и с закрытой головной частью. В большинстве случаев ножевая  часть щитов имеет козырек  для предотвращения обвала породы.

Щиты с открытой головной частью применяются в самых разнообразных горно-геологических условиях, в том числе в породах с естественной влажностью и малоустойчивых. В последнем случае головная часть щита оснащается жесткими площадками, разделяющими ее ярусы для образования нескольких более мелких осыпей, которые предотвращают самопроизвольное высыпание породы во внутреннюю часть щита, и проседание земной поверхности.

Во многих случаях  при применении частично механизированных щитов малых диаметров передвижная  платформа, содержащая состав транспортных средств для размещения даже части породы, получаемой от одной заходки, и для подачи элементов крепи, отсутствует. В основном применяются разминовки, размещающие 1-2 вагонетки (бадьи), в которых порода подается погрузочным конвейером.

Степень механизации  основных процессов в существующих частично механизированных щитах составляет около 30 процентов, скорость строительства  около 60 метров в месяц.

В комплексах с частично механизированными щитами, созданных  на базе механизированных щитовых комплексов, степень механизации основных процессов составляет 60-70% за счет применения механизированной погрузки породы и подачи элементов крепи под крепеукладчик. Скорость строительства тоннелей достигает 200 метров в месяц.

 

 

1.2 Механизированные проходческие щиты

 

Рисунок 2

 

При создании механизированный щит оборудуют механизмами и устройствами для возведения постоянной крепи выработки (крепеукладчик), навигационными приборами и устройствами для направленного ведения щита (механизированные щиты оснащаются автоматизированными системами ведения по лазерному лучу с использованием бортовых ЭВМ и микропроцессоров) и др. Используются механизированные щиты при строительстве капитальных и подготовительных выработок на подземных горных предприятиях и тоннелей различного назначения в основном в горных породах с коэффициентом крепости 0,5 f 5 (механизированные щиты — составная часть тоннелепроходческих щитовых комплексов).

 
  Первый механизированный щит применён в 1897 на строительстве Центральной железнодорожной линии в Лондоне. Исполнительный орган механизированного щита представлял собой вращающуюся шести лучевую крестовину с ножами для сплошной разработки породы, подаваемую на забой вместе с корпусом щита гидравлическими домкратами. В CCCP механизированные щиты широко применяются с 50-х гг., за рубежом — с 60-х гг. Степень механизации выполняемых процессов в зависимости от горно-геологических условий строительства доходит до 90%.  
 
 Механизированные щиты различаются по размерам (малые, средние, большие), форме поперечного сечения проходимой выработки (круговые, прямоугольные, подковообразные, арочные), типу конструкции корпуса (сплошной, секционный, телескопический, шандорный, с шандорной частью), способу передвижения (с упором или без упора в крепь).  
 
 Рабочие органы механизированных щитов в зависимости от горно-геологических условий могут быть роторными (рисунок 2), планетарными, фрезерными стреловыми, экскаваторными , челюстными, штанговым (рисунок 3), качающимися, а также комбинированными. 

Рисунок 3

 

 

 

1.3 Проходка в сложных горно-геологических условиях

 

Одной из проблем подземного строительства  метрополитена является сооружения тоннелей в сложных горно-геологических условиях. Инновационные технологии проходки тоннелей современными механизированными щитами вместе с экономичностью и высокой производительностью позволяют значительно снизить риски в условиях плотной городской застройки и развитой инфраструктуры.

Щиты, предназначенные для строительства  тоннелей  в сложных горно-геологических  условиях, оснащаются забойными домкратами, предназначенными для удержания  шандорной крепи. Их число определяется из расчета 1,5-2,5 кв.м площади забоя на один домкрат.

При щитовой проходке в особо  сложных горно-геологических условиях находят применение специальные  способы закрепления пересекаемых пород непосредственно из забоя  и через скважины, пробуриваемые  с поверхности, —  водопонижение, искусственное замораживание, кессон, химическое закрепление. При сооружении подводных тоннелей методом щитовой проходки иногда используют щиты с закрытой призабойной частью, внедряемые в слабоустойчивый грунт путем вдавливания с частичным отбором грунта (либо без него).

 

2. Тоннельные щитовые машины (замещающие и изолирующие)

                            

ктронный тахеометр съемка

Замещающие щитовые машины предназначены  для создания вокруг удаляемого существующего  тоннеля выработки большого диаметра с заполнением ее специальным  раствором.

Основными элементами замещающей щитовой машины с суспензионным пригрузом являются головная щитовая часть, хвостовая часть, щитовые гидроцилиндры, распорно-втягивающая установка, передвижной демонтажный эректор, трубопроводы для подачи суспензии и выдачи шлама.

В состав поверхностной  части щитового комплекса входит такое оборудование, как установка  для приготовления и нагнетания тампонажного раствора и сепарационная  установка. В разбираемом тоннеле  функционирует локомотив с блоковозками.

Перед началом работ  по разборке сборной обделки тоннеля и устройству цилиндрической конструкции из отвердевшего тампонажного раствора производятся с помощью стрелового комбайна разрушение вторичной железобетонной обделки существующего тоннеля и вывоз разрушенного материала на поверхность.

Каждый цикл работ  щитовой машины на длину заходки, равную ширине кольца сборной обделки  разбираемого тоннеля, состоит из следующих  последовательно выполняемых операций:

-подготовительные работы

-продвижение головной  части

-продвижение хвостовой  части щитовой машины вместе с трубчатой штангой и нагнетание тампонажного раствора

-передвижка распорно-втягивающей  установки , кроме штанги, и подготовка  к разборке обделки существующего  тоннеля

-разборка и удаление  на поверхность сегментов последнего  кольца существующего тоннеля

 

Изолирующие щитовые  машины предназначены для создания непрерывного водозащитного покрытия по внешней поверхности сборной  тоннельной обделки. Следует отметить, что способ устройства наружной гидроизоляции  тоннелей со сборной обделкой, заключающийся в укладке в хвостовой оболочке щита непрерывного «чулка» пленочного водозащитного покрытия, был предложен в СССР в 1961 году.

Щитовая машина с любым  видом пригруза или без него оснащается щитовыми гидроцилиндрами с удлиненными  штоками, роторным раскладчиком ленты водозащитного покрытия и двумя сварочными машинами для сварки поперечного и продольного стыков указанной ленты.

После очередной передвижки щитовой машины рулон ленты водозащитного  покрытия закрепляется на держателе  раскладчика, который с помощью роторного кольца начинает вращаться, производя укладку ленты на внутреннюю поверхность хвостовой оболочки, перекрывая своим задним концом передний конец ранее уложенной ленты. При этом поочередно втягиваются штоки щитовых гидроцилиндров, которые после прохождения держателя рулона ленты также поочередно выдвигаются, упираясь своими башмаками в торец уложенного кольца обделки.

Эта технология не раз  зарекомендовала себя, неоднократные  проверки качества работы показывали полное отсутствие проникновения грунтовой воды в тоннель.

 

 

3. Оборудование проходческих щитов

Проходческие щиты оборудуются  механизмами, обеспечивающими отбор  разработанной в забое породы и погрузку ее на конвейеры или  непосредственно в вагонетки. В  частично механизированных щитах породу грузят в отдельные вагонетки автономными погрузочными машинами или вручную. В механизированных щитах погрузочные органы выполняют в виде различных конструкций роторных погрузчиков.

В щитах с роторным исполнительным органом погрузку породы на конвейер осуществляют непосредственно вращающимся ротором, внутри которого имеются лопасти, подающие породу по направляющим течкам на конвейер. Внутрь ротора разработанная порода попадает через окна в его лобовой части, вырезанные сзади породоразрушающего инструмента, а в нижней части забоя подгребается скребками через окна в наружной кольцевой обечайке ротора.

В целом ряде конструкций  щитов со стреловым исполнительным органом и щитов с горизонтальными  площадками для песчаных и глинисто-песчаных пород находят применение шнековые погрузочные органы или органы с нагребающими лапами. Последние выполняют двух типов-с двумя лапами, каждая из которых закреплена на консольной оси или в виде совершающей возвратно-поступающие движения рамы. В обоих случаях погрузочные органы устанавливаются в ножевой части щита под углом к горизонту, причем лапы движутся по плоским «постелям», образующим между собой угол в поперечном сечении, перпендикулярном к этим «постелям». Лапы перемещают породу к отверстию, через которое она попадает на конвейер.

Для погрузки на конвейер песчаной и глинисто-песчаной породы более совершенной конструкцией является орган челюстного типа с нагребающими лапами, установленными на совершающей возвратно-поступательное движение раме. При проходке тоннелей в обводненных условиях хорошо зарекомендовали себя пластинчатые питатели, выполненные в виде двух бесконечных цепей с пластинами, огибающих приводные звездочки в плоскости движения породы. Такие питатели легко позволяют изменять в обе стороны угол наклона траектории движения породы в вертикальной плоскости.