Способ сооружения тоннеля и проходческий щит

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2 В Г Комитет Российской Федерации ио.патентам и товарным знакам(УЦ Научно-технический центр Ассоциации предприятий и организаций строительного комплекса(73) Научно-технический центр Ассоциации предприятий и организаций строительного комплекса(64) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЯ И ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ(Я)Ю ЕИОЦ 00 лотнительный материал подают в кольцевой зазор после установки блочного кольца в проектное положение, а обжатие блочного кольца производят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита, Последний снабжен в хвостовой части продольными направляющими, в которых установлено уплотняющее кольцо с гидроцилиндрами .его выдвижения. Продольные направанощие выполнены с каналами, имеющими боковые ответвления на одних концах Другие концы каналов соединены с трубопроводами подачи уплотнительного материала 2 с и 4 злф-лы,11 ил.Изобретение относится к подземномустроительству и может быть использованопри сооружении тоннелей с комбинированной обдел кой.Известен способ сооружения тоннеля, 5включающий разработку забоя; перемещение проходческого щита на очередную заходку, сборку блочного кольца обделки,установку блочного кольца в проектное.положение, подачу бетонной смеси в кольцевой зазор, прессование бетонной смеси изаполнение ею заобделочного зазора(В,Х.Клорикьян и В.Р,Ходош, М.Недра,1977, с.20; рис.2.6, б).Недостатками указанного способа являются сложность технологии, обусловленная необходимостью применениядополнительных средств для установки иудержания блочного кольца обделки концентрично хвостовой части щита, а также 20уменьшенная скорость сооружения, тоннеля, так как операции по перемещению проходческого щита и прессованию бетоннойсмеси осуществляются, как правило, в разное время, В таких случаях перемещение 25щита осуществляют после набора достаточной прочности бетонной смеси, При этомиспользование щитовых гидродомкратовдля прессования бетонной смеси в заобделочный зазор и для перемещения щита снижает качество обделки, поскольку усилие,необходимое для перемещения щита, может превысить усилие, необходимое дляпрессования, что может привести к разрушению уплотненной бетонной смеси и раэвалу блочного кольца.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ сооружениятоннеля, включающий разработкузэбоя, перемещение щита на очередную заходку щитовыми гидродомкратами, сборку блочногокольца обделки. подачу уплотнительногоматериала в кольцевой зазор, установкублочного кольца в проектное положение, 45прессование уплотнительного материаласмещением уплотняющего кольца в продольном направлении гидродомкратэми еговыдвижения, обжатие блочного кольца.обделки (эвт,св, СССР М 1268733, кл, Е 21 0 5011/00, 1985),Указанный способ позволяет ускоритьсооружение тоннеля путем совмещенияопераций по перемещению щита, установкиблочного кольца в проектное положение и 55прессования уплотнительного материала,При этом блочное кольцо собирают в калибровочной оболочке щита, а для прессованияуплотнительного материала служат пресскольцо и дополнительные гидродомкраты,Недостатком этого способа является то, что невозможно осуществить обжатие блочного ольца одновременно с прессованием уплотнительного материала, так как основной цикл прессования уплотнительного материала происходит в замкнутом пространстве, ограниченном пресс-кольцом, хвостовой оболочкой щита и калибровочной оболочкой. В этом случае отформованный в основной части цикла прессования уплотнительный материал приобретает определенную форму, а потом уже сходит под действием пресс-кольца нэ блочное кольцо и породный массив. При этом под постоянно действующими усилиями пресс-кольца отформованный обьем уплотнительного материала должен переформовываться и заполнить свободные объемы, образовавшиеся за счет толщин хвостовой и калибровочной оболочек щита, а также заполнить пустоты и поры в породном массиве и неплотности в стыках блочной обделки.Известно, что переформовывэние отпрессованных уплотнительных материалов в силу меняющихся их свойств, например отжатие жидких фаз из бетонных смесей, резкое изменение температур для термопластичных материалов и дрприводит в лучшем случае к трещинообоазованию, ачаще к полному структурному разрушению отформованных первичным прессованием обьемов, Кроме того, нагнетание и формование уплотнительного материала в жесткой системе, образованной хвостовой частью щита и калибровочной оболочкой, ухудшают маневренность щита и увеличивают усилия, необходимые для передвижки щита. Все это усложняет технологию сооружения тоннеля, конструкцию щита и снижает качество обделки тоннеля,. Целью изобретения является упрощение технологии сооружения тоннеля, конструкции щита и существенное повышение качества обделки тоннеля,Поставленная цель достигается тем, что уплотнительный материал подают непосредственно на наружную поверхность блочного кольца после его установки в проектное положение в уплотняющем кольце, а обжатие блочного кольца производят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита,Ширину кольцевого эээорэ между хвостовой оболочкой щита и наружной поверхностью блочного кольца до подачи уплотнительного материла регулируют в.зависимости от свойств и аида уплотнительного материала;чщ КЯ 2- Й 1 Кщ ЯЗ Й 2 ) Кормальным режим работы проходческого щита с данным устройством можно считать, если соблюдается равенство объемов пустот и неплотностей, образующихся при смещении щита, и объема уплотняю- щего материала, необходимого для заполнения этих пустот и неплотностей и выталкиваемого уплотняющим кольцом. Тогда соотношение скорости перемещения проходческого щита относительно блочного кольца к скорости перемещения уплотняющего кольца определяется следующим выражением где чщ - скорость перемещения проходческого щита (относительно блочного кольца);чу - скорость перемещения уплотняющего кольца;В 1 - наружный радиус блочного кольца;В 2 - внутренний радиус хвостовой частипроходческого щита;Яз - наружный радиус хвостовой частипроходческого щита;Ку - коэффициент, учитывающий увеличенный обьем выталкиваемого уплотнительного материала для заполнениянеплотностей в стыках блочного кольца;Кщ - коэффициент увеличенного расхода уплотнительного материала для заполнения пустот и пор в породном массиве.Для осуществления способа проходческий щит снабжен продольными направ. ляющими, в которых установленоуплотняющее кольцо, Продольные направляющие имеют каналы с боковыми отверстиями на одних концах, а другиеконцы соединены с трубопроводами подачи уплотнительного материала.Для достижения поставленной цели необходима вся совокупность существенныхпризнаков,Подача уплотнительного материала вкольцевой зазор между хвостовой частьющита и блочным кольцом после установкиблочного кольца в проектное положение непосредственно на наружную поверхностьблочного кольца позволяет заполнить и уплотнить зазоры и неплотности в обделкеодновременно с обжатием блочного кольца,а также уплотнить породный массив, улучшив контакт его с обделкой.Регулировка ширины кольцевого зазорд позволяет подавить уплотнительный материал небольшими порциями. снизивусилия на блочное кольцо (в радиальном 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 направлении) при обжатии, или обеспечить возведение обделки при изменении направления проходки.Выполнение в проходческом щите продольных направляющих, на которых подвижно установлено уплотняющее кольцо позволяет использовать уплотняющее кольцо в качестве калибровочной оболочки при сборке блочного кольца обделки и установке его в проектное положение. Выполнение в этих направляющих каналов с боковыми отверстиями позволяет разместить трубопроводы подачи уплотнительного материала в щите неподвижно, Уплотняющее кольцо, перекрывая или открывая боковые отверстия в направляющих, является затвором, автоматически регулирующим подачу уплотнительного материала в зависимости от необходимого объема до заполнения образующихся полостей при перемещении щита.Все это совершенствует технологию сооружения тоннеля, повышает надежность и упрощает конструкцию щита.При проведении патентных исследований не выявлено технологических решений, совпадающих с отличительными признаками заявленного технического решения.На фиг,1 изображен проходческий щит для осуществления способа сооружения тоннеля; на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг,3 - положение уплотняющего кольца после установки блочного кольца в проектное положение и подачи уплотнительного материала; на фиг,4 - то же, после прессования уплотнительного материала при промежуточном положении щитовых гидродомкратов; на фиг.5 - положение уплотняющего кольца и щитовых гидродомкратов при очередной подаче уплотнительного материала; на фиг.б - то же, после прессования уплотнительного материала на всей длине хода щитовых гидродомкратоо; на фиг.7 - то же, в процессе сборки блочного кольца; на фиг.8 - разрез Б - Б на фиг,2; на фиг,9 - разрез В - В на фиг.2; на фиг,10 - разрез Г-Г на фиг.9; на фиг.11 - разрез Д - Д на фиг.9.Способ сооружения тоннеля осуществляется с помОщью проходческого щита, содержащего корпус 1 с ножсвой частью 2 и хвостовой частью 3, рабочим органом 4 и щитовыми гидродомкратами 5.В хвостовую часть 3 с продольными направляющими 6 установлено уплотняюьцее кольцо 7 с гидродомкратами 8 его выдвижения. Продольные направляющие б имеют каналы 9 с боковыми отверстиями 10 на одних концах. Другие концы 11 соединеныс трубопроводами 12 подачи уплотнительного материалаЩитовые гидродомкраты 5 с упорными башмаками 13 расположены в опорном кольце 14 корпуса 1 проходческого щита,Гидродомкраты 8 выдвижения уплотняющего кольца 7 установлены на корпусе 1 через кронштейны 15, а к уплотняющему кольцу 7 прикреплены через кронштейны 16. Боковые отверстия 10 выполнены на длине, превышающей длину уплотняющего кольца 7 в исходном положении с втянутыми штоками гидродомкратов 8 на величину М. Длина уплотняющего кольца 7 в выдвинутом положении на всю длину хода гидро- домкратов 8 его выдвижение меньше длины хвостовой части Зна величину Й, обеспечивающую гарантированное перекрытие эаобделочного зазора (например, от прорыва грунтовых вод в хвостовую часть проходческого щита),Способ заключается в следующем, После сборки блочного кольца 17 обделки в уплотняющем кольце 7 и установки блочного кольца 17 в проектное положение в кольцевой зазор 18 между хвостовой частью 3 и блочным кольцо 17 непосредственно на наружную поверхность блочного кольца 19 подают.уплотнительный материал, Подачу уплотнительного материала производят по трубопроводам 12, каналы 9 и через боковые отверстия 10,После подачи. уплотнительного материала начинают прессование материала относительным смещением уплотняющегв кольца 7 и проходческого щита, для чего одновременно выдвигают штоки гидродомкратов 8 выдвижения уплотняющего кольца 7 и штоки щитовых гидродомкратов 5, при этом установленное кольцо 17 прижимается к предыдущим кольцам 19 блочной обделки, При выдвижение штоков гидродомкратов 8 выдвижения уплотняющего кольца 7 боковые отверстия 10 перекрываются уплотняющим кольцом 7 и подача уплотнительного материала в кольцевой зазор 18 прекращается. Одновременно с прессованием уплотнительного материала происходит обжатие блочного кольца 17 и заполнение заобделочного зазора уплотнительным материалом 20. После выдвижения уплотняющего кольца 7 на всю длину хода гидродомкратов 8 втягиванием штоков гидродомкратов 8 уплотняющее кольцо 7 возвращают в исходное положение и повторяет подачу уплотнительного материала на длине хода щитовых гидродомкратов 5, Подачу производят многократно, регулируя ширину кольцевого зазора 18 в зависимости от свойств уплотнительного материала и направления проходки (при изменении направле ния проходки после каждого цикла подачи уплотнительного материала необходимо перемещение проходческого щита).Перемещения проходческого щита и уплотняющего кольца производят, сохраняя 10 равенство объема эаполиения уплотнительным материалом 20 кольцевого зазора 21, образующегося при смещении проходческого щита, и объема 22, образующегося от прессования уплотнительного материала 15 уплотняющим кольцом 7, т.е. ч 1=ч 2,ч 1=Кщ(ййз - ЛВ 2 ) Зщ, 20ч 2 Ку(л 82 жй 1) Зу ч 1 - объем заполнения уплотнитвльным материалом кольцевого зазора, обраэующего ся при смещении проходческого щита;ч 2 - объем, образующийся от прессования уплотнительного материала уплотняющим кольцом;Я 1 - наружный радиус блочного кольца 30 обделки;В 2- внутренний радиус хвостовой части щита;:Йз - наружный радиус хвостовой частищита; 35 Зщ - смещение щита относительно обделки оннеля в сторону забоя;Зу - смещение уплотняющего кольца относительно обделки тоннеля в сторону хвостовой части; 40 Ку - коэфФициент, учитывающий уведичвнный объем выталкиваемого уплотнительного материала для заполнения неплотностей в стыках блочного кольца;Кщ - коэффицИент увеличенного расхо да уплотнительного материала для заполнения пустот и пор в породном массиве. Если ч 1=Ч 2, тО Кщ(ФЗ - ф 2 ) ЗЩ=Ку(Ж 82 -ЛН 1) Яу, 50 Зщ К й 2 - 812 2Кщфз - 82 )Скорость перемещения щита и уплотня ющего кольца определяется по Формулещ чс312003807 10 штоки щитовых гидродомкратов 5 и штоки гидродомкратов 8 выдвижения уплотняю- щего кольца 7, возвращая его в исходное положение, Далее начинают одновременно 5 разрабатывать забой и производить сборкуочередного блочного кольца 17 обделки."У Хщ (Яз Предложенное изобретение по сравнению с прототипом позволяет упростить и 0 усовершенствовать технологию сооружения тоннеля с комбинированной обделкой за счет возможности производить обжатие блочного кольца одновременно с прессованием уплотнительного материала, произ водить многократную подпрессовкууплотнительного материала при неподвижном положении проходческого щита, что повышает качество сооружаемой обделки и тоннеля. при сохранении скорости сооружения тоннеля и 0 исключений осадок земной поверхности,(56) Горное и нефтепромысло строение, Механиэированнь ские щиты. М.: ВИН ИТИ, 1971 25 Авторское свидетельствокл. Е 21 Р 11/ОО, 1985,е машино- проходчеМ 126873 матери домкра о р мул а ния 30 от уплотнения лотняющим коодатливого материалацом. 3. Способ по тем, что соотнош ния проходческо щения уплотняю по формуле 50 что величину перемещения проходческого 55 щита и уплотняющего кольца определяют гтри сохранении равенства обьема заполнения податливым материалом кольцевого зазора, образующегося при смещении проходческого щита. и обьема, образующегося где с - время движения щита и уплотняющего кольца,Таким образом При необходимости в зависимости от свойств уплотнительного материала возможно производить многократное прессование уплоткительного материала при неподвижном положении проходческого щита. Для этого втягивают штоки щитовых гидродомкратов 5, отводят уплотняющее кольцо 7 в сторону забоя, производят очередную подачу уплотнительного материала в кольцевой зазор 18 и выдвижением уллотняющего кольца 7 в сторону хвостовой части щита прессуют уплотнительный материал, при этом блочное кольцо 17 удерживается в проектном положении обжатием уплотнительнога материала в уплотняющем кольце 7 и упором башмаков 13 щитовых гидродомкратов 5.После прессования уплотнительногоала и выдвижения щитовых гидротов 5 на всю длину хода втягивают 1. Способ сооружения тоннеля, включающий разработку забоя, перемещение проходческого щита на очередную заходку щитовыми гидродомкратами, сборку блочного кольца обделки, подачу уплотнительного материала в кольцевой зазор, установку блочного кольца в проектное положение, прессование уплотнительного материала смещением уплотняющего кольца в продольном направлении гидродомкратами его перемещения, обжатие блочного кольца обделки, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и повыШения качества сооружаемого тоннеля, уплотнительный материал подают в кольцевой зазор на наружную поверхность блочного кольца после его установки и проектное положение в уплотняющем кольце. а обжатие блочного кольца производят при прессовании уплотнительного материала относительным смещением уплотняющего кольца и проходческого щита;2.Способ по п.1, отличающийся тем,пп,1 и 2, отличающийся ния скорости псремещео щита и скорости смещего кольца определяют ч й , - йХШГЯ 3 Я 2)е чщ - скорость перемещения проходчеого щита относительно обделки тоннеля сторону забоя;чу- скорость перемещения уплотняющего кольца относительно обделки тоннеля в сторону хвостовой части; Я - наружный радиус блочного кольца; Я 2 - внутренний радиус хвостовой частипроходческого щита;ЯЭ - наружный радиус хвостовой частипроходческого щита;Ху - коэффициент, учитывающий увеличенный обьем выталкиваемого уплотнительного материала для заполнениянеплотностей в стыках блочного кольщ - коэффициент увеличенного расхода уплотнительного материала для заполнения пустот и пор в породном масси 4, Способ по п,1, отличающийся тем. что првссовэние уплотнительного материале производят смещением уплотняющвго кольца при неподвижном положении проходческого щита,5. Способ по пЛ, отличающийся тем. что првссоээние уплотнительного материала производят путем одновременного смещения уплотняющего кольца в сторону хвостовой части и проходческого щита в сторону забоя.6. Проходческий щит, включающий корпус с ножевой и хвостовой частями, рабо 2003807 2чий орган, щитовые гидродомкрэты, уплотняющее кольцо с гидродомкрэтэми вго перемещения и трубопроводы подачи уплотнительного материала, отличающий ся тем, что хвостовая часть щита снабженапродольными нэпрэвляющими, в которых установлено уплотняющее кольцо, при этом продольные йэпрэвляющие имеют каналы с боковыми ответвлениями нэ одних концах,.э другие концы соединены с трубопроводами подачи уплотнитвльного материала,орректор ин Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113 ОЭб, Москва, ЖРэущская йаб., 4/5 ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 иэвоаственно