Щитовой способ сооружения тоннелей

§ 68. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЩИТОВОМ СПОСОБЕ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

Сущность щитового способа сооружения тоннелей может быть пояснена путем сравнения с известными из раздела II горными способами работ. При этом целесообразно сопоставить применяемые процессы работ в забое с явлениями, происходящими в горном массиве, окружающем выработку.

При горных способах проходки тоннелей в неустойчивых породах раскрытие сечения в большинстве случаев ведут в несколько этапов с тщательным креплением выработки на каждом этапе расширения. При этом завершающий этап работ — возведение обделки — значительно отстает от головного забоя, что приводит к необходимости длительное время поддерживать выработку на временных крепях.

Всякий процесс разработки активно воздействует на окружающие горные породы. Под влиянием перераспределения напряжений, возникающих при проходке, изменяются механические свойства пород, прилегающих к выработке, что приводит к неупругим деформациям и нарастанию горного давления. Эти изменения настолько глубоки, что для характеристики механических свойств пород недостаточно основных параметров — модуля упругости и коэффициента Пуассона 1 .

Размеры области неупругих деформаций, возникающих в результате влияния процесса разработки, зависят от ряда факторов. Из них главными являются механические свойства горных пород, степень податливости крепи, глубина расположения, размеры и форма выработки. Более податливой крепи соответствуют большие размеры области неупругих деформаций, приводящих в пределе к образованию свода обрушения. Все это характеризует многоэтапные горные способы проходки как неблагоприятные, что можно проследить на графике изменения горного давления по времени (рис. 227).

Промежутку времени Т соответствует наибольшее значение горного давления Р , величина которого затем несколько снижается вследствие приспособления массива и крепи к новому состоянию силовых воздействий. Любому меньшему промежутку времени t , очевидно, соответствует меньшее значение горного давления Р .

При другом способе работ по сооружению тоннелей в мягких породах собственно проходка выработки и возведение постоянной обделки настолько сближаются друг с другом, что обе эти операции в данном сечении тоннеля выполняются практически одна за другой и до возникновения значительного горного давления (см. рис. 227). Устойчивость массива породы достигается своевременным нагнетанием цементного или другого раствора за обделку 2 , а совместность работы обделки и породы — их обжатием. На этом и основана схема работ при помощи проходческого щита.

Головной агрегат — щит — представляет собой подвижную металлическую крепь, под защитой которой выполняются основные операции: разработка и крепление забоя, уборка породы и сооружение постоянной крепи — обделки.

При помощи дополнительных специальных орудий все эти трудоемкие процессы можно частично или полностью механизировать, и тогда щит превращают в механизированный агрегат, обеспечивающий достижение высоких скоростей работ при весьма малых затратах труда.

Главное достоинство щитовой проходки заключается в том, что она в отличие от горных способов работ не требует применения временных крепей, что повышает безопасность и экономическую эффективность выполнения работ. Кроме того, как будет показано ниже, щитовая проходка может быть применена в большом диапазоне геологических и гидрогеологических условий при значительном давлении горных пород и воды, что делает ее универсальным способом работ. Таким образом, в любых грунтовых условиях соответственно приспособленный щит обеспечивает возможность частичной или полной механизации всех процессов тоннельных работ при высоком качестве цикличности и поточности их выполнения.

К особенностям щитового способа относится узость фронта работ и необходимость одновременного производства ряда операций по сооружению тоннеля, что требует строгой увязки всех процессов во времени и высокой их механизации.

В городских условиях щитовая проходка может оказаться единственно возможным способом работ, так как она может выполняться круглогодично без вскрытия поверхности, нарушения уличного движения и подземного хозяйства городов (при условии проведения специальных конструктивных и технологических мероприятий).

Щитовой способ сооружения тоннелей, являясь наиболее эффективным и индустриальным, получил широкое применение и развитие в СССР и за границей на строительстве тоннелей различного назначения. В дальнейшем этот способ найдет еще большее применение главным образом в мягких и неустойчивых породах, позволяющих достигнуть наибольшей эффективности проходки.

Наибольшее развитие в Советском Союзе получила щитовая проходка на строительстве тоннелей метрополитенов: первоначально (с 1934 г.) Московского, затем Ленинградского, Киевского, Тбилисского и Бакинского. В короткий срок (с 1935 по 1938 г.) была создана новая индустриальная база тоннелестроения с мощным парком тоннельных проходческих щитов, запроектированных советскими специалистами и изготовленных на советских заводах. При помощи этих щитов были сооружены перегонные тоннели, а также станции метрополитена глубокого заложения II и III очередей и наиболее трудные участки IV очереди Московского метрополитена.

На следующих этапах работ были внедрены механизированные щиты, давшие скорость проходки до 200 пог. м в месяц (или 10,4 пог. м в сутки против 4,0 пог. м в сутки обычными щитами) в условиях пород средней крепости. В дальнейшем скорость проходки щитами обычного типа в условиях суглинков и песков с валунами доведена до 250 пог. м в месяц, а в песках — до 400 пог. м в месяц.

При строительстве Ленинградского, Киевского, Бакинского и Тбилисского метрополитенов широко применялись механизированные щиты, позволившие достигнуть еще более высоких скоростей проходки перегонных тоннелей. Нашли также большое применение станционные щиты, обеспечивающие надежность работ и высокие скорости их выполнения.

Щитовую проходку широко применяют на строительстве коммунальных коллекторных тоннелей Москвы (с 1935 г.) и других городов, тоннелей для различных технологических целей на промышленных предприятиях черной и цветной металлургии, тяжелого машиностроения, угольных и рудных бассейнов» а также в гидротехническом строительстве.

Совершенствование щитового способа сооружения тоннелей в самых разнообразных геологических и гидрогеологических условиях основано на следующих предпосылках:

• – интенсивной научно-исследовательской работе, направленной на создание новых механизированных щитов и блокоукладчиков;
• – автоматизации отдельных процессов щитовой проходки;
• – применении монолитных и сборных обделок, обжимаемых в породу.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены

Источник

Сооружение туннелей щитовой проходкой

Щитовой называется такая подземная проходка, при которой разработка грунта и устройство стенок туннеля осуществляются под защитой цилиндрической оболочки щита (рис. 4.10).

Способ щитовой проходки экономически целесообразен при глубине заложения коллектора более 6 м, длине проходки более 50 м и при необходимости устройства кожуха диаметром более 1400 мм.

Производство работ способом щитовой проходки возможно в любых грунтах кроме скальных. Весь процесс создания каналов для подземных сетей состоит из подготовительных работ, производства самой щитовой проходки и отделочных работ.

Подготовительные работы состоят из проходки стволов монтажной и демонтажной шахт, устройства подсобных помеще­ний, опускания щита в шахту и ввода его в забой, электрообору­дования, устройства водопровода, оборудования шахты подъёмны­ми устройствами.

Щитовая проходка состоит из следующих основных этапов:

– сборка блочного кольца первичной обделки;

– нагнетание цементного раствора за блочную обделку;

– футеровка тоннеля, т.е. создание защитного покрытия.

Рисунок 4.10 – Разрез по проходческому щиту:

1 – козырек; 2 – передняя режущая часть щита; 3 – средняя опорная

часть щита; 4 – домкраты; 5 – задняя (хвостовая) часть щита

Проходку с помощью щита, осуществляют в такой последова­тельности. Введённый в забой щит вдавливается в грунт в горизонтальном направлении (по оси проходки) с помощью домкратов.

При вдавливании грунт входит в режущую его часть, имеющую форму цилиндрического клина. Вдавленный внутрь щита грунт разрабатывают ручным или механизированным способом и грузят на тележки, которые откатываются по туннелю. В передней части щит имеет выступающий вперёд козырёк, который служит для предупреждения выпадения грунта внутрь щита (при слабых грунтах). После того, как вдавленный в щит грунт будет полностью разработан и удалён, щит вновь продвигается вперёд.

Продвижение щита вперёд с внедрением его режущей части в грунт осуществляется с помощью гидравлических домкратов, расположенных по периметру щита. Упором для домкратов служит блочная обделка выработки. После продвижения щита вперёд и выборки грунта в хвостовой части щита по его периметру укладывают блоки обделки под защитой хвостовой оболочки щита.

Грунт может разрабатываться вручную с помощью кирок, ломов и штыковых лопат, а также механизированным способом (рис. 4.11). Разработанный грунт грузится в вагонетки и вывозится из тоннеля.

Рисунок 4.11 – Метод механизированной щитовой проходки

с обделкой из монолитного бетона:

1 – механизированный щит; 2 – секции опалубки;

3 – механизм перемещения опалубки; 4 – цистерна;

5 – транспортёр выдачи грунта; 6 – пресс-бетон; 7 – тележки для грунта;

8 – рельсовый путь; 9 – вагонетки бункерного типа; 10 – бетонопровод;

11 – механизм передвижения платформы; 12 – транспортёр

Для устройства обделки туннелей могут применяться блоки: керамические, бетонные и железобетонные (рис. 4.12).

Рисунок 4.12 – Крепление коллектора блоками (тюбингами):

а – общий вид; б – трапецеидальный пазово-гребневый блок;

в – железобетонный тюбинг; 1 – блоки обделки; 2 – замковый блок;

3 – лотковый блок; 4 – тележки для грунта; 5 – рельсовый путь

Отделочные работы заключаются в устранении течи, уст­ройстве лотка, затирке внутренней поверхности тоннеля и устройст­ве торкрета.

Обычно работы ведут с использованием механизированных щитов. При производстве щитовой проходки длиной до 150 м допускается применение немеханизированных щитов.

Необходимость устройства промежуточных шахт устанавли­вается в ППР. Входные шахты выполняют прямоугольными и круглыми в плане (рис. 4.13), выходные и промежуточные целесообразнее круглыми (рис. 4.14). Шахты крепятся, как правило, досками толщиной 50 мм, забиваемыми между горизонтальными металлическими поясами.

Для подъёма грунта и опускания материалов во входной шахте предусматривают бадьевое отделение, а для пропуска людей – лестницы. Бадьевое отделение и лестничные марши устраивают после того, как щит введён в забой.

Разработанный в забое грунт транспортируют по тоннелю к бадьевому отделению на тележках, имеющих приспособление для подъёма их краном. Блоки для обделки тоннеля и другие материалы транспортируют этими же тележками.

Рисунок 4.13 – Рабочий котлован, оборудованный креплениями,

лестницами и рельсовыми путями, и вход в тоннель

Рисунок 4.14 – Механизированный проходческий щит Lovat

на выходе в приёмный котлован-шахту

Для заполнения свободного пространства между грунтом и обделкой нагнетают насосами цементно-песчаный раствор состава 1:3.

В щитовых проходных тоннелях после окончания проходки устраивают монтажную железобетонную рубашку толщиной 15. 20 см.

Щитовые проходки для водопроводно-канализационных сетей выполняются щитами наружным диаметром от 2,1 до 5,63 м. Производительность данного метода до 20 м/смену.

Источник

Сооружение тоннеля щитовым способом

Продольный профиль, план тоннеля, поперечное сечение, выбор конструкции обделок. Конструирование обделок кругового очертания. Расчет обделки с помощью ЭВМ. Проверка прочности сечения обделки. Основные мероприятия по охране труда и технике безопасности.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	10.03.2014
Размер файла	291,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

2. Продольный профиль и план тоннеля

3. Поперечное сечение тоннеля

4. Выбор конструкции обделок

5. Конструирование обделок кругового очертания

5.1 Установление основных параметров обделки

5.2 Путь и проезжая часть в тоннеле

5.3 Определение расчетных нагрузок

6. Производство работ по сооружению тоннеля

7. Выбор схемы щитового комплекса

7.1 Определение геометрических размеров щита

7.2 Расчет усилий передвижки щита

тоннель конструирование обделка

Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, имеющее значительную протяженность по сравнению с поперечным сечением и предназначенное для транспортных целей, пропуска воды, прокладки городских коммунальных сетей или размещения производственных предприятий.

Метрополитеном называют городской внеуличный электрифицированный рельсовый транспорт, оборудованный надежными системами безопасности движения и предназначенный для скоростных массовых пассажирских перевозок.

Подземные сооружения метрополитена — это комплекс объектов, создание которых — одна из технически сложных и трудоемких отраслей современного строительства с высоким уровнем стоимости.

В настоящее время роль тоннелей очень велика. Тоннели на путях сообщения служат для преодоления различных препятствий или для развития линии под землей с использованием ограниченного уклона. Применение транспортных тоннелей (железнодорожных, автодорожных, судоходных, пешеходных тоннелей метрополитенов) позволяет преодолевать значительные препятствия (горные массивы, воду), сокращать длину трассы, увеличивать безопасность движения. Применение метрополитенов в городах позволяет снизить интенсивность наземного транспорта.

Сооружение тоннеля дорогостоящее, трудоемкое и продолжительное мероприятие. Для сведения к минимуму сроков строительства и стоимости тоннеля, а также снижения трудоемкости в настоящее время необходимо стремиться к максимальной комплексной механизации проходческих работ. Применение современных технологий и конструкций позволяет не только увеличить скорость проходки, уменьшить стоимость и снизить трудоемкость, но и расширить возможный диапазон применения тоннелей — в слабых и сильно трещиноватых грунтах, в условиях вечной мерзлоты, позволяет сооружать тоннели под водой и в сильно обводненных грунтах.

Назначение тоннеля: тоннель метрополитена перегонный подводный.

Источник