SU1541389A1

SU1541389A1 - Щит дл проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах

Info

Publication number: SU1541389A1
Application number: SU864165097A
Authority: SU
Inventors: Виктор Михайлович Ауэрбах; Борис Владимирович Савранский
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1990-02-07

Abstract

Изобретение относитс к тоннелестроению в сыпучих и слабоустойчивых грунтах. Цель - повышение маневренности щита при измен ющихс свойствах грунта в забое. Щит включает корпус 1 с ножевым кольцом 2, в котором установлены гидродомкраты (ГД) 3 с опорными башмаками 4, опирающимис в тоннельную обделку 5. В головной части щита, обращенной к забою 6, установлены неподвижные горизонтальные площадки (П) 7, жестко закрепленные в корпусе 1. С П 7 с помощью ГД соединены подвижные П 9. Последние разделены по ширине и состо т из отдельных секций, которые соединены с неподвижными П 7 самосто тельными ГЦ. Секции соединены с неподвижными П 7 посредством направл ющих с возможностью выдвижени внутрь посредством ГЦ. Верхн неподвижна П 7 выполнена в плане ступенчатой формы с удлинением ступеней от периферии щита к центру. Подвижные П 9 выдвинуты в осевом направлении внутрь щита на величину, измен ющуюс по ширине П дл верхнего руса по заданной зависимости. Щит корпусом 1 с ножевым кольцом 2 и неподвижными П 7 внедр етс в забой с помощью ГД 3 и опорных башмаков 4. При этом происходит осыпание грунта на П 7 и 9 под углом естественного откоса. Удержание забо от обрушени производитс образованием призмы грунта на П, в которой величины катетов призмы варьируютс в зависимости от физико-механических свойств грунта. 6 ил.

Description

10

фиг. фиг. фиг.

15

Изобретение относитс к тоннелестроение в сыпучих и слабоустойчивых грунтах.

Цель изобретени - повышение маневренности щита при измен ющихс свойствах грунта в забое.

На фиг. 1 схематически изображен щит с ножевым кольцом, продольный разрез; на фиг. 2 - головна (забойна ) часть щита с площадками; на

3- разрез А-А на фиг, 2; на

4- разрез В-Б на фиг. 2; на

5- разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - схема площадки верхнего Яруса щита.

Щит включает корпус 1 с ножевым кольцом 2, в котором установлены щитовые гидродомкраты 3 с опорными башмаками 4, опирающимис о тоннельную 20 обделку 5. В головной части щита, обращенной к забою 6, установлены неподвижные горизонтальные площадки , жестко закрепленные в корпусе 1. С ними с помощью гидроцилиндров 8 25 Соединены подвижные площадки 9. В нижней части корпуса 1 расположена породопогрузочна машина 10.

Подвижные площадки 9 разделены по ширине и состо т из отдельных -JQ Секций 11, которые соединены с неподвижными площадками самосто тельными Гидроцилиндрами 8, но одному на каждую секцию 11. Секции 11 соединены ; неподвижными площадками с помощью Направл ющих 12. Направл ющие 12 Жестко закреплены к неподвижным площадкам 7. К секци м 11 могут крепитьс роликовые опоры (не показаны). К секци м 11 прикреплены защитные козырьки 13 и 14 с возможностью перекрыти зазора между ними.

В процессе проходки тоннелей в слабоустойчивых грунтах забой 6 удерживаетс от обрушени призмами грунта , расположенными на горизонтальных площадках 7, а величина этих призм регулируетс выдвижением подвижных площадок 9 из отдельных секций 11. Эти секции площадки верхнего руса 15 выдвинуты в осевом направлении внутрь щита на величину, измен ющуюс по ширине площадки по следующей зависимости

15413894

сторону хвостовой части щита (фиг.З, 6), а секции подвижных площадок остальных русов (фиг. 4) выдвинуты на величину

35

40

45

50

h - R(1 - Л

1L.

- R2

)

К

Ъ0.(1)

55

- - h К D°

(2)

где h - рассто ние между ножевым

кольцом и верхней площадкой по оси щита;

R - радиус ножевого кольца;

Z - рассто ние от плоскости симметрии щита до середины площадки ;

Ь0- ширина неподвижной площадки;

Ъ - рассто ние между площадками.

Щит работает следующим образом.

Проходческий щит своим корпусом 1 с ножевым кольцом 2 и неподвижными горизонтальными площадками 7 внедр етс в забой 6 с помощью гидродомкратов 3 и опорных башмаков 4, опира сь о уложенную тоннельную обделку 5. При этом происходит осыпание грунта на площадки 7 и 9 под углом естественного откоса U .

Дл удержани забо 6 от обрушени подвижные секции 11 подвижных площадок 9 выдвигают в осевом направлении внутрь щита на величины b и b определ емые по формулам (1) и (2).

Подвижные секции 1 площадки верхнего руса перемещают на величину, которую измен ют в направлении от плоскости симметрии к его контуру в следующей зависимости

К

- Ь„

(D

Подвижные секции площадок 11 остальных русов перемещают на величину

b

где h

к ь

(2)

рассто ние между ножевым кольцом и верхней площадкой по оси щита; радиус ножевого кольца; рассто ние от плоскости симметрии щита до середины площадки;

К - коэффициент, равный tg(- тангенс угла естественного откоса грунта (0,7-1,1);

и образуют в плане криволинейную форму , выпуклой стороной обращенную в

- - h К D°

(2)

0 5

Q

5

где h - рассто ние между ножевым

кольцом и верхней площадкой по оси щита;

R - радиус ножевого кольца;

Ь0- ширина неподвижной площадки;

Ъ - рассто ние между площадками.

Щит работает следующим образом.

Дл удержани забо 6 от обрушени подвижные секции 11 подвижных площадок 9 выдвигают в осевом направлении внутрь щита на величины b и b , определ емые по формулам (1) и (2).

К

- Ь„

(D

Q

5

0

5

b

где h

к ь

(2)

Ь0- ширина неподвижной площадки;

h - рассто ние между площадками.

5

При этом суммарна ширина неподвижной 7 и подвижной 9 площадок в каждом вертикальном сечении шита получаетс равной основанию призмы грунта, лежащего на площадке. При дальнейшем движении щита грунт пересыпаетс через площадки и затем грузитс в вагонетки с помощью породопогрузочной машины 10.

При изменении физико-механических свойств грунта в забое 6 подвижные секции 1 площадок 9 перемещают в осевом направлении на величины, определ емые по формулам (1) и (2) при подстановке в них соответствующих значений К (тангенса угла естесвенного откоса Lf).

Интервал значений величины К определ етс областью применени щита в грунтах, дл которых величина К находитс в пределах от 0,7 до 1,1. При значени х К 0,7 будет неоправданно увеличена ширина площадок, что повлечет за собой увеличение размеров и массы металлоконструкции щита. При значени х К 1,1, ширина площадок будет слишком мала дл того , чтобы имелась возможность обеспечить необходимое перекрытие площадок .

Выдвижение секций 11 площадок 9 происходит с помощью гидроцилиндров приданных каждой секции 11. Выдвижение секций 11 осуществл етс по направл ющим 12; причем опирание секций 11 на направл ющие 12 может осуществл тьс с помощью роликовых опор При выдвижении секций 11 козырьки 13 и 14 перекрывают зазор между соседними секци ми обеспечивают взаимное опирание секций 11 в выдвинутом положении .

Удержание забо от обрушени производитс образованием призмы грунта на площадках, в которой величины катетов призмы варьируютс в зависимости от физико-механических свойств грунта. При этом учитываетс и кругла форма площади забо , свойственна щитовой проходке, при которой размеры катетов призмы, расположенной на верхней площадке, имеют переменную величину: в плоскости симметрии тоннел катет максимальный, а по мере удалени от нее в обе стороны размер катета уменьшаетс (призма образует как бы тело равного сопротивлени обрушению забо ).

10

15

20

25

30

35

3896

Ширина основани bn призмы грунта, лежащего на площадках, пр мо пропорциональна высоте открытой зоны забо над рассматриваемым сечением и обратно пропорциональна К (тангенсу угла естественного откоса if )

к Н ьп к

где Н - высота открытой зоны забо над площадкой.

Так как основание призмы грунта bu больше ширины неподвижной площадки , подвижную площадку выдвигают на величину Ь, равную разности bn - bQ.

Дл всех площадок, кроме верхней, высота Н посто нна и равна h , она определ етс конструкцией щита. Дл верхней площадки величина Н мен етс от максимального значени на вертикальном диаметре ножевого кольца до нул в точке соединени площадки с ножевым кольцом.

Высота Н на рассто нии Z от плоскости симметрии щита определ етс по формуле

Г

Н h - R(1 - -TJ1 R2) j

где R - радиус ножевого кольца;

h - максимальна высота участка забо , расположенного между ножевым кольцом и верхней площадкой.

Последн формула выводитс с помощью фиг. 6

Н h - (R - R cosy);

Я

sin -

Z R

cos

J

-fT

Јi

R2

5

0

5

где У - углова координата точки

периметра ножевого кольца. В качестве примера рассматриваетс проходка перегонного тоннел метрополитена щитом диаметром 5800 мм (радиус R 2900 мм), имеющим три руса площадок, кажда из которых имеет по семь выдвижных секций. Максимальна высота участка забо , расположенного между ножевым кольцом и площадкой верхнего руса h 1240 мм, рассто ние между остальными площадками h 850 мм. Величина выдвижени подвижных площадок верхнего руса определ етс на рассто ни х 0; 1; 1,5; 2м от вертикальной плоскости симметрии щита.

715413898

Проходка осуществл етс в песках выдвижени подвижных площадок по фор- с углом естественного откоса ср 36 мулам (1) и (2).

и ср 47°, при этом ширина неподвиж- Случай 1. Дл песчаного грунта ных площадок Ъ0 0,3 м. Перед нача- ,- с углом естественного откоса Ср 36 лом проходки определ етс величина дл площадок верхнего руса (размеры в мм)

1240 - 2900(1 - |1 - 29ЩГ-)

Ь . fZiiii300 1400 (при Z Ом);

k tg 36°

1240 - 2800(1 - Jl- l™g)

b .1 - 300 1170 (при Z 1 м);

tg 36°

1240 - 2900(1 Ч1

)

b e .1tZ L300 830 (при Z 1,5 м);

U5)tg 36°

1250 - 2900(1 - Jl -§°o°0V)

b . 300 310 (при Z 2 M), ,

tg 36°

дл площадок остальных русовСлучай 2. Дл песчаного грунта

«SOc углом естественного откоса и 47

к - ° и inn 870

D. .ддд площадок верхнего руса

tg J6

1240 - 2900(1 --|l - )

О 2900

tg 47е

Ь(о) 86° ПРИ Z 0 м);

1240 - 2900(1 )

2Q002 b 1™±- . 300 690 (при Z 1 м);

tg 47°

1240 - 2900( - ) b 300 470 (при Z 1,5 м);

; т о

tg 47

29002 1240- 2900( )

Ь(11 -- - 300 110 (при Z 2 м),

tg 47°

дл площадок остальных русовДалее осуществл ют внедрение щита

оспв забой, при этом грунт обрушиваетс

b ,--. - 300 490.на площадки под углом естественного

t р 47эи „ v

. откоса. При дальнейшем движении щита

Проходка осуществл етс следующимпроисходит осыпание грунта с площаобразом .док. При изменении грунта в забое

Вначале внутрь щита выдвигаютследуфг изменить положение подвижных

секции подвижных площадок верхнегоплощадок в соответствии с расчетом

руса в соответствии с расчетом дл дл случа 2.

случа 1 на величины Ъ ; Ъи1; Ъ,,; Предлагаемые формулы дл определеЬ ,ач, затем выдвигают подвижные пло-ни оптимальной ширины секций площа- щадки остальных русов на величину Ь. док могут быть использованы дл различных проходческих щитов с площадка- ми и дл разных сыпучих грунтов. Граничные значени ширины секций определ ютс по технологическим требовани м к площадкам, по которым ширина площадки не может быть менее 0,4 м (по конструктивным соображени м) и не может быть более 2,0 м (по услови м ведени щита и разработки забо ) В случае, если при подстановке конкретных значений величин в формулы (1) и (2) ширина площадки выходит за указанные пределы, то следует отказатьс от данного способа разработки забо .

Следует отметить, что формулы (1) и (2) служат дл определени оптимальной ширины секций площадок, поэтому при подстановке любых конкретных зна- чений величины в формулы (1) и (2) полученные величины выдвижени секций будут оптимальны.

Предлагаемое изобретение позволит повысить приспособл емость щита к из- мен ющимс свойствам грунта в забое, что повысит эффективность и маневренность его работы.

Claims

Формула изобретени

Р{ит дл проходки тоннелей в слабо- устойчивых грунтах, включающий корпус , разделенное площадками на русы ножевое кольцо, на котором жестко закреплены горизонтальные площадки и соединены с ними при помощи гидроцилиндров двустороннего действи с

возможностью перекрыти подвижные площадки, отличающийс тем, что, с целью повышени маневренности щита при измен ющихс свойствах грунта в забое, подвижные площадки разделены по ширине на секции, кажда из которых соединена с неподвижной площадкой посредством направл ющих с возможностью выдвижени внутрь щита посредством гидроцилиндров , причем верхн неподвижна площадка выполнена в плане ступенчатой формы с удлинением ступеней от периферии щита к центру, а подвижные площадки выдвинуты в осевом направлении внутрь щита на величину, в измен ющуюс по ширине площадки дл верхнего руса по зависимости

b

К

- b

о

тальных площадок по зависи

ь-Ь -ь..

рассто ние между ножевым

кольцом и верхней площадкой по оси щита;

радиус ножевого кольца;

рассто ние от плоскости симметрии щита до середины площадки;

ширина неподвижной площадки;

рассто ние между площадками;

коэффициент, равный 0,7-1,1.

SI

68eivsi

6-6

Фиг. Ц

Фиг. 5

Фиг. 6