Сооружение тоннелей метро проходческими щитами. Тоннелепроходческие комплексы Прямоугольный проходческий щит

«Сегодня в Москве произошло знаковое событие в метростроении. Мы впервые в истории запускаем щит диаметром более 10 метров - размером фактически с полноценное трехэтажное здание. Два поезда будут ходить в одном тоннеле. Это совершенно новые технологии, которые раньше в Москве не применялись. За очень короткое время была проделана большая работа, щит собран за 27 дней. Его вес - 1600 тонн», - сказал М. Хуснуллин.

По его словам, машину фирмы Herrenknecht AG изготовили специально для Москвы в Германии. На создание щита потребовался почти год. Длина ТПМК - 66 метров.

«Самой тяжелой частью комплекса является ротор, который весит 156 тонн», - добавил М. Хуснуллин.

Глава Стройкомплекса сравнил работу ТПМК с механизмом мясорубки.

«Машина перемалывает породу как мясорубка и передает на конвейеры, затем грунт вывозится. Скорость работы щита - 350 метров в месяц. Грубо говоря, в день он должен проходить 10 метров. Это высокая скорость, но она зависит от грунтов», - пояснил М. Хуснуллин.

Он отметил, что проходку планируется закончить к концу 2017 года.

«В дальнейшем тоннелепроходческий комплекс будет задействован на строительстве Третьего пересадочного контура метро . Время работы щита расписано по суткам», - уточнил заммэра.

Обслуживать щит будет бригада из 49 человек в каждую смену.

Из Германии в Москву щит доставляли четырьмя видами транспорта: автотранспортом завода-изготовителя в речной порт в Германии, затем речным транспортом по этой стране. Оттуда через Балтийское море ТПМК привезли в Санкт-Петербург, а затем автоколонной доставили в Москву.

Такие комплексы нужны для возведения двухпутных тоннелей большого диаметра, что позволит построить станции с двумя боковыми платформами. Строительство метро по этой технологии дает экономию до 30% по сравнению с традиционными проектами.

Напомним, в Москве традиционно строили однопутные тоннели метро, в которых поезд движется в одном направлении. Платформа располагается посередине.

При строительстве двухпутных тоннелей платформы станции располагаются по бокам, а поезда следуют навстречу друг другу в центральной части платформы.

Подробнее о двухпутных тоннелях метро и машинах, которые их строят, читайте в

Наша справка

Кожуховскую ветку метро планируется открыть в 2018 году. Запуск этой линии позволит значительно улучшить транспортное обслуживание жителей нескольких районов -

В немеханизированных проходческих щитах, в кото­рых отсутствуют какие-либо специальные органы воздей­ствия на забой, разработка породы в зависимости от структуры и крепости пересекаемых забоем пород производится ручными инструментами, отбойными молотками, буро­взрывным способом или путем вдавливания в породный массив элементов ножевого кольца щита. Все другие проходческие операции в немеханизированных щитах в зависимости от их конструктивного устройства имеют различный уровень механизации.

Проходческие немеханизированные щиты применяют главным образом при строительстве тоннелей в мягких сыпучих и плывучих породах.

Все разновидности немеханизированных щитов в ос­новном конструктивно подобны и различаются между со­бой по форме, способу изготовления, материалу и основ­ным размерам, зависящим от назначения сооружаемой выработки. Немеханизированные щиты изготовляют с от­крытой или закрытой головной частью, т. е. забой вы­работки остается открытым или же закрепляется с по­мощью специальных приспособлений и устройств.

Щиты для выработки с площадью поперечного сече­ния до 12 м 2 обычно выполняют цельносварными или сборносварными без внутренних перегородок. В таких щитах ножевое кольцо, опорное кольцо и оболочка соеди­нены в одну нераздельную конструкцию или конструкцию, собранную из сегментов, в которых ножевая и опорная части, а также часть щитовой оболочки соединены свар­ным щитом.

Щиты для проведения выработок большого сечения изготовляют из сборно-литых или сборно-сварных эле­ментов, соединяемых между собой болтами.

Техническая характеристика немеханизированных щи­тов приведена в табл. 28.

В зависимости от геологических условий и глубины залегания выработки применяют различные методы щито­вой проходки.

В слабых неустойчивых породах (пески, супеси) при­меняют метод вдавливания ножевой части щита в грунт и под прикрытием козырька и горизонтальных площадок производят отбор грунта, находящегося на площадках под углом естественного откоса. В этом случае ножевое кольцо щита в верхней части значительно опережает ложковую часть ножа. При этом способе особое значение имеет надежное ограждение верха выработки. Для этой цели применяют выдвижные и постоянные козырьки, которые должны опережать переднюю плоскость ножевого кольца настолько, чтобы внутри щита в его верхних ячей­ках (при щитах большого диаметра) могла образоваться осыпь породы под углом обрушения.

Выдвижные козырьки могут быть выполнены в виде цельной арки (рис. 55), отдельных секций, а также выдвинутых балок.

До перемещения щита козырек первым перемешается вперед с помощью специальных домкратов.

После разработки породы при последующем переме­щении щита козырек вновь приводится в исходное положение.

При проходке в глинах, когда забой не требует крепле­ния, работы ведут с выдвижных площадок. Породу от­деляют от массива в помощью пневматического инстру­мента, направляют ее в зазор между площадками или в специальные люки в горизонтальных площадках, далее порода следует вниз на транспортные устройства, пред­назначенные для выдачи ее за пределы щита.

В скальных породах проходческие щиты применяют реже. Щитовые платформы служат удобными подмостями для обуривания забоя и заряжания шпуров. Глуби­на заходки обычно равна ширине кольца тоннельной обделки

Очередное передвижение щита производят после того, как порода вынута на полный профиль по всей длине заходки и убрана за пределы щита, а последнее кольцо обделки замкнуто и сболчено на все болты о затяжкой их ключом.

Управляют щитом при его передвижке путем включе­ния или выключения из сети высокого давления одного или группы щитовых домкратов.

Передвижку щита производят со скоростью 5- 10 см/мин, если на пути щита не встречается дополнитель­ных сопротивлений. Дополнительные сопротивления обычно возникают вследствие неполной разработки по­роды по сечению выработки, чаще в лотке. В немеханизи­рованных щитах разрушенную породу грузят автоном­ными погрузочными машинами в отдельные вагонетки. В щитах малых диаметров погрузку породы иногда осу­ществляют вручную совковыми лопатами с металлических листов, которые укрепляют внизу режущей части щита.

В механизированных щитах погрузка породы зависит от типа исполнительного органа щита.

В щитах с роторным исполнительным органом разрушенную породу из щита выдают на конвейер. Для этого непосредственно во вра­щающемся роторе имеются лопасти, которые подают по­роду по специальным направляющим точкам на кон­вейер.

В щитах с планетарным рабочим органом чаще всего разрушенную породу из забоя выдают е помощью ковшей. Ковши закреплены на водиле рабочего органа и вращаются вместе е ним. Сзади ковшей расположен отбойный лист, в верхней части которого имеется отверстие. Ковши за­хватывают разработанную породу в нижней части забоя и поднимают ее до отверстия в отбойном листе, где она по направляющей течке попадает на конвейер и далее в транс­портные сосуды.

В ряде щитов, где отсутствует вращающийся рабочий орган, роторные погрузчики оснащают рабочим приводом. Погрузочный орган в этом случае располагают сзади рабочих площадок. Порода, осыпающаяся с горизонтальных площадок, зачерпывается ковшами и поднимается вверх, где по направляющей течке попадает на кон­вейер.

В щитах о исполнительным органом избирательного действия и о рассекающими площадками для песчаных и глинопесчаных пород часто используют шнековые по­грузочные органы или же органы с нагребающими ла­пами. При проведении тоннелей в обводненных породах погрузку породы осуществляют о помощью пластинчатых питателей.

Для механизированных проходческих щитов, в которых разрушение породы в забое осуществляется рабочими органами различного типа, обязательна полная механизация и других основных операций проходческого цикла

Экономически рационально применять проходческие щиты в одинаковых горно-геологических условиях в го­ризонтальных выработках протяженностью для механизированных от 400 м и более, для немеханизированных - до 400 м.

Механизированные проходческие щиты являются комбинированными горными машинами, предназначенными для отделения горной породы от массива, уборки ее за пределы щита, временного крепления призабойного пространства и возведения крепи (обделки).

По области применения механизированные щиты делят на четыре группы, в которые входят щиты, предназначен­ные для проходки тоннелей: в неустойчивой водоносной среде с большим гидростатическим давлением (плывуны); в устойчивых песчано-глинистых породах; в по­родах средней крепости; в крепких породах.

Для проходки коллекторных тоннелей в нашей стране разработаны и применяются механизированные щиты небольших диаметров, позволяющие проводить коллекторы с большой скоростью. Характеристика щитов при­ведена ниже:

Одним из самых важных элементов при строительстве туннелей и метрополитенов, для первоначальной обработки горной породы, в которых будет производиться строительство того или иного объекта, является проходческий щит. Данное оборудование, как правило, работает в составе комплекса проходческой техники, однако он является наиважнейшим из всех его рабочих частей.

Устройство проходческого щита

Как правило, в диаметральном выражении размеры проходческого щита могут варьироваться от одного до девятнадцати метров, что является достаточно большим размером. Соответственно, что чем больше размеры строительства, тем большего диаметра выбирается для использования проходческий щит. Так же нередко данное средство используется при всевозможных , в тех случаях, когда работы проводятся под землей.

Основными рабочими элементами проходческого щита являются такие части, как кольцо ножевого типа действия, кольцо опорного типа, домкраты, которые могут быть щитовыми, платформенными и забойными. Так же к элементам рабочих органов щита относятся трубы, система управления и перегородки, которые могут вертикальными и горизонтальными.

Разновидности проходческих щитов

Проходческие щиты имеют подразделения на щиты механического действия и немеханического действия. Немеханизированный щит практически не выгоняет никаких функций, кроме того, что служит так называемым защитным от разрушения средством, в то время, пока рабочие выполняют все физические работы самостоятельно, посредством применения отбойных молотков.

К данному виду можно отнести еще и щиты проходческие, оснащенные кессонном. Они используются в водонасыщенных местах. На данном щите вмонтирована специальная заслонка, куда происходит скопление воздуха под высоким давлением, посредством чего происходит откачка воды из грунта.

Принцип работы проходческого щита

Работа щита происходит посредством вращающихся роторных частей, которые оснащены специального вида резаками. Именно за счет вращения данных механизмов и происходит разрушение горной породы. Далее уже переработанный грунт, поступает по конвейерному устройству на дальнейшую транспортировку. в щитах с механизированным принципом действия так же имеются подразделения.

Механизированные проходческие щиты так же бывают оснащены такими элементами как кессон. Еще одной разновидностью механизированных щитов являются щиты которые оснащаются таким рабочим элементом, как грунтопригруз, куда выдается грунт, а уже потом уже в более измельченном виде выводится посредством работы конвейера шнекового типа действия.

Так же существует еще одна разновидность механических проходческих щитов, которая оснащается таким рабочим элементом, как гидропригруз. В данном приспособлении грунт смешивается с таким веществом как бентонитовый раствор, который выводит грунт по трубопроводу на поверхность, при этом происходит отделение самого грунта от раствора, который остается в гидропригрузе. Однако применение данных моделей не является чрезвычайно частым, поскольку такой вид техники считается наиболее дорогостоящим.

Производительность проходческих щитов является достаточно высокой, именно этим и обусловлено их широкое использование. Сегодня данный тип техники выпускается, как российским, так и зарубежным производителем и выбор той или иной модели зависит лишь от характера и сложности работ, которые будут выполняться.

Проходческий щит, оснащённый специальным породоразрабатывающим агрегатом, называется механизированным (рис. 6.1.).

Рис. 6.1. Принципиальная схема механизированного проходческого щита:

1-корпус щита; 2-исполнительный орган механизированного щита; 3-привод исполнительного органа;

4-щитовой гидродомкрат; 5-щитовой транспортёр; 6-домкрат подачи исполнительного органа на забой

Основными элементами механизированного проходческого щита являются: корпус 1, исполнительный (иногда называемый рабочим) орган 2, предназначенный для механизированной разработки грунта в забое и удаления его из зоны щита. Работа исполнительного органа обеспечивается за счёт привода 3.

В процессе проходки тоннеля механизированный проходческий щит должен выполнять следующие основные функции:

1. Разработка грунта в забое и удаление его за пределы щита для последующей погрузки в транспортные средства.

2. Крепление контура выработки и обеспечение устойчивости лба забоя.

3. Обеспечение безопасного возведения обделки тоннеля.

Как следует из выше сказанного, механизированная разработка грунта в забое является основной функцией механизированного проходческого щита. При создании механизированных щитов можно пойти по двум различным направлениям. Первое – попытка создания механизированного проходческого щита способного работать практически во всех инженерно-геологических условиях, и второе – создание щита, предназначенного для проходки тоннеля в весьма ограниченном диапазоне инженерно-геологических условий.

В первом случае достижение цели практически невыполнимо и даже теоретические рассуждения приводят к убеждению, что если создание такого щита возможно, то его конструкция будет очень сложной и дорогостоящей. Во втором варианте будет сильно ограничена возможность применения проходческого щита, так как встретить трассу тоннеля с неизменяющимися условиями практически невозможно.

В связи с этим, создание механизированных проходческих щитов пошло по пути разработки конструкций пригодных для какой-либо группы грунтов, обладающих близкими физико-механическими характеристиками, благодаря чему можно разработать единую конструкцию исполнительного органа и систему крепления грунта в забое.

7. Механизированные щиты для глинистых грунтов

7.1. Механизированные проходческие щиты для сооружения тоннелей в мягких пластичных глинистых грунтах

К названной группе грунтов можно отнести пластичные супеси, суглинки и глины (спондиловые, юрские, майкопские) с коэффициентом крепости f = 0,7 – 1,0 и даже перемятые глинистые мергели с f = 1,0 – 1,5.

Такие грунты легко разрабатываются резанием, причём резцами пластинчатого типа, однако устойчивость лба забоя необходимо обеспечивать за счёт конструкции исполнительного органа. Поэтому для проходки тоннелей в мягких пластичных глинах разработаны щиты, исполнительный орган которых, оснащённый пластинчатыми резцами, практически постоянно находится прижатым к забою, обеспечивая его устойчивость.

Конструкция щита с роторным дисковым исполнительным органом представлена на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Конструкция механизированного щита с роторным дисковым исполнительным органом:

выходной вал привода; 2-исполнительный орган; 3-пластинчатые резцы; 4-копир-резец;

5-ролики для опоры исполнительного органа; 6-подшипник; 7-привод исполнительного органа;

8-подшипник скольжения вала; 9-гидродомкрат подачи исполнительного органа;

10-горизонтальная площадка; 11-ленточный транспортёр; 12-балки

Рассматриваемый щит получил название «Киевский», так как был разработан для проходки перегонных тоннелей Киевского метрополитена в пластичных спондиловых глинах. Исполнительный орган 2 выполнен в виде сплошной стальной планшайбы, сваренной из отдельных листов. Через прорези в планшайбе к забою выступают пластинчатые резцы 3, которыми при вращении исполнительного органа срезается стружка пластичной глины толщиной до 20 мм. Конструкция пластинчатого резца киевского щита показана на рисунке 7.2. Срезанный грунт через прорези в планшайбе попадает внутрь исполнительного органа и удаляется оттуда при помощи щитового транспортёра 11. Вращение исполнительного органа обеспечивается приводом 7, установленным на горизонтальной перегородке 10 опорного кольца. Для подачи исполнительного органа на забой служит гидравлический домкрат 9.

Рис. 7.2. Конструкция пластинчатого резца:

стальной лист диафрагмы; 2-корпус резца; 3-болтовое

крепление резца к корпусу; 4-пластинчатый резец

В зависимости от степени пластичности разрабатываемых грунтов существует несколько режимов работы щита с роторным дисковым исполнительным органом, оснащённым пластинчатыми резцами.

В достаточно устойчивых грунтах (f=1,0-1,5) в первую очередь производится резание грунта с выдвижением исполнительного органа домкратом подачи на глубину до 50 см при неподвижном щите. Затем резание грунта прекращается и производится передвижка щита в разработанное пространство, после чего процесс повторяется. Передвинувшись таким образом на 1 метр, (то есть на ширину кольца сборной обделки) можно приступать к монтажу очередного кольца обделки.

В менее устойчивых грунтах (f=0,8-1,0) резание грунта при неподвижном щите происходит на глубину до 25 см, после чего резание продолжается с одновременной подвижкой щита на забой. В это время шток домкрата подачи упруго осаживается. В таком режиме забой продвигается ещё на 10 см, а корпус щита приходит в исходное положение относительно исполнительного органа. Для разработки забоя на глубину достаточную для монтажа очередного кольца обделки описанный цикл повторяется трижды.

При проходке тоннеля в слабоустойчивых грунтах (f=0,7-0,8) основной особенностью в работе щита является то, что исполнительный орган разрабатывает грунт в забое, диаметр которого меньше диаметра щита. Кроме того исполнительный орган не должен выходить за пределы ножевого кольца. Таким образом, резание грунта осуществляется с подачей планшайбы в сторону забоя на глубину до 20 см, но без входа из-под защиты ножевого кольца. Проходка останавливается и начинается передвижка щита, во время которой осуществляется подрезание кольцевого слоя грунта недоработанного исполнительным органом. После выполнения необходимого числа описанных циклов приступают к возведению обделки.

Проходческий щит

Прохо́дческий щит - подвижная сборная металлическая конструкция, обеспечивающая безопасное проведение горной выработки и сооружение в ней постоянной крепи (обделки). Проходческий щит применяется при сооружении тоннелей различного назначения, при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом. Проходческий щит является элементом конструкции некоторых видов тоннелепроходческих комплексов (ТПК).

Впервые проходческий щит был применён в Великобритании Марком Брюнелем при сооружении тоннеля под рекой Темзой (). С их помощью сооружено большинство тоннелей метрополитенов в Москве , Петербурге , Екатеринбурге , Киеве , Харькове и других городах.

Диаметр получаемых тоннелей может варьироваться от 1 до 19 метров. Самый большой диаметр, 19 м , у четырёх проходческих щитов, используемых на строительстве железнодорожного Готардского тоннеля в Швейцарии .

Для создания тоннелей малого диаметра применяется горизонтальное бурение - длина до 2 км, диаметр до 1,2 м.

Применение проходческих щитов

• при сооружении тоннелей различного назначения
• при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом

Рабочие инструменты проходческих щитов

• ножевое кольцо
• опорное кольцо
• щитовые домкраты
• забойные домкраты
• платформенные домкраты
• трубы
• пускорегулирующая аппаратура
• горизонтальные и вертикальные перегородки

Виды щитов

Немеханизированные щиты

• Немеханизированный щит - щит, используемый лишь для защиты забоя от обрушения, пока рабочий вручную или с помощью отбойного молотка производит из него выемку грунта.
• Немеханизированный щит с кессоном - щит, применяемый для проходки в водонасыщенных грунтах, когда забой сзади щита перегораживается переборкой, а в образовавшееся пространство с помощью компрессора накачивается воздух (до давления в 2-5 атм), что «отжимает» грунтовые воды вглубь пород и защищает забой от их поступления. Способ весьма эффективен с инженерной точки зрения, но чрезвычайно вреден для здоровья рабочих, поскольку вызывает кессонную болезнь .

Механизированные щиты

Резец механизированного щита

• Механизированный щит - щит (вернее, уже комплекс), на котором почти исключён ручной труд, и практически все операции выполняются оператором с пульта управления. Разработка грунта производится за счёт вращающегося на оси щита стального ротора с резцами, после чего грунт подаётся на конвейер, а с него - на вагонетки. В СССР этот тип щитов был впервые применён в 1949 году .
• Механизированный щит с кессоном - механизированный щит с применением кессонирования забоя.
• Механизированный щит с грунтопригрузом - механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подается в герметичную камеру грунтопригруза (в которой давление равно давлению в забое), а из неё удаляется шнековым конвейером. Этот вид щитов применяется в ситуациях, когда нельзя допустить малейшей просадки вышележащих слоев грунта, а специальные методы проходки туннелей в неустойчивых водонасыщенных грунтах (замораживание, водопонижение) не оправдывают себя.
• Механизированный щит с гидропригрузом - механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подаётся в камеру гидропригруза, в которую, в свою очередь, под давлением (до нескольких десятков атм) подаётся бентонитовый раствор. Смешиваясь с ним, измельчённый разработанный грунт отводится по трубопроводу на поверхность, где в сепараторе отделяется от бентонита, который возвращается обратно в камеру гидропригруза. Это весьма дорогой, но наиболее современный вид щитов, который в отношении отсутствия просадок вышележащих слоев грунта ещё более совершенен, чем щит с грунтопригрузом.

Производители

К крупнейшим мировым производителям механизированных щитов относятся следующие компании:

• Herrenknecht
• LOVAT
• Robbins
• Wirth
• Palmieri

Существует легенда, что изобретателю проходческого щита Марку Брюнелю пришла в голову идея этого устройства, когда он наблюдал, как корабельный червь прокладывает дорогу в твердой дубовой щепке. Брюнель заметил, что только лишь голова маленького моллюска покрыта жесткой раковиной. С помощью ее зазубренных краев червь буравил дерево. Углубляясь, он оставлял на стенках хода гладкий защитный слой извести.

Примечания

См. также

Ссылки

• Сергей Апресов Крот: Подземный корабль подарит Москве новое метро // Популярная механика . - Декабрь 2006.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Осень в Нью-Йорке
• Гран-при (Каннский кинофестиваль)

Смотреть что такое "Проходческий щит" в других словарях:

Проходческий щит - (a. tunnelling shield; н. Vortriebsschield; ф. bouclier d avancement; и. escudo) временная передвижная металлич. призабойная крепь, под защитой к рой проводятся осн. процессы проходческого цикла. Bпервые П. щ. применён в 1825 при стр ве… … Геологическая энциклопедия

проходческий щит - Горная машина для проходки шахт и туннелей … Словарь многих выражений

щит проходческий - передвижная механизированная крепь, обеспечивающая защиту от горного давления и вывалов породы при сооружении тоннелей, выработок шахт и др. * * * ЩИТ ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ ПРОХОДЧЕСКИЙ, передвижная механизированная крепь, обеспечивающая защиту от… … Энциклопедический словарь

Щит (значения) - Щит: Щит вид военного защитного снаряжения, предназначенный для отражения атак холодного или стрелкового оружия. Щит (геральдический) основа любого герба. Щит созвездие южного полушария. Щит (силовой щит) в научной… … Википедия

Щит проходческий

Щит горнопроходческий - У термина «Щит» существуют и другие значения. Проходческий щит Проходческий щит подвижная сборная металлическая конструкция, обеспечивающая безопасное проведение горной выработки и сооружение в ней постоянной крепи (обделки). Проходческий щит… … Википедия

Щит - Для термина «Щит» см. другие значения. Щит вид военного защитного снаряжения, предназначенный для отражения атак холодного или стрелкового оружия. Содержание 1 Виды 1.1 Лёгкие (древнейшие) 1.2 … Википедия

Щит (оруж.) - У термина «Щит» существуют и другие значения. Щит эмали или металлы Щитодержатель Щитодержатель слоган … Википедия

щит - а/; м. см. тж. щиток, щитовой 1) а) Защитное вооружение древнего воина в виде округлой или прямоугольной плоскости (из дерева, металла или жёсткой кожи для предохранения от стрел, от ударов холодным оружием) Держать щит в левой руке. Старинный… … Словарь многих выражений

щит - а, м. 1. Защитное вооружение древнего воина в виде округлой или прямоугольной плоскости из дерева или металла, для предохранения от ударов холодным оружием. Над диваном, на ковре, было в порядке развешано всевозможное оружие кольчуги, щиты, копья … Малый академический словарь

Книги

• Метро. Подземный город , Волков Василий , Волкова Наталия Геннадьевна , Эта книга расскажет не только об истории строительства Московского метрополитена, который считается самым красивым, но и о том, как устроен этот подземный мир - огромный, сложный и очень… Категория: