Установление геометрических размеров и массы щиты

Введение

 

В настоящие время роль тоннеля очень велика. Сооружение тоннеля дорогостостоящее, трудоемкое и продолжительное мероприятие. Для сведения к минимуму сроков строительства и стоимости тоннеля, а также снижения трудоемкости в настоящие время необходимо стремиться к максимальной комплексной механизации проходческих работ.

Щитовой способ сооружения тоннеля основан на применения забое специального агрегата – проходческого щита, под защитой которого выполняются все операции периодического цикла, включая возведение обделки.

Детально рассмотрим описание, схему работу шитого комплекса с Роторным органом с шарошками и дисками.

При проходке тоннелей в крепких скальных грунтах, практически не требующих временного крепления контура выработки, механизированная тоннеле проходческая машина может не иметь хвостовой оболочки, а ножевое и опорное кольцо выполняют только ограждающие функции. Однако если по трассе проходки ожидается встреча с зонами нарушенных грунтов, целесообразно вести проходку с помощью щита.

Корпус щита состоит из двух секций: головной и хвостовой, телескопически объединённых между собой, благодаря чему обеспечивается более благоприятное прохождение криволинейных участков трассы, а также появляется возможность создания значительного по величине усилия подачи исполнительного органа на забой домкратами подачи. Разрушение породы в забое ведется 32-мя дисковыми шарошками.

 

 

Исходные данные

Глубина заложения – 10м.

Горизонт подземных вод- м.

Габарит тоннеля – «С».

Тротуары – Нет.

Длина подземной части – 2500м.

Район строительства: Краснодарская область.

Грунт: Обыкновенный песчаник, Сланцеватые песчаники.

Удельный вес грунта .

Коэффициент крепости

Угол внутреннего трения .

 

1. Основные принципы проектирования механизированных
проходческих щитов

Проходческий щит, оснащенный специальным пород разбивающим агрегатом, называется механизированным. Принципиальный орган механизированного щита; привод исполнительного органа; щитовой гидродомкрат; щитовой транспортёр; домкрат подачи исполнительного органа на забой.

Основными элементами механизированного проходческого щита являются: корпус, исполнительный (Иногда называется рабочим) орган, предназначенный для механизированной разработки грунта в забое и удаления его из зоны щита. Работа исполнительного органа обеспечивается за счет привода. В процессе приводки тоннеля механизированный проходческий щит должен выполнять следующие основные функции:

1. Разработка грунта в забое и удаление его за пределы щиты для последующие погрузки в транспортные средства.

2. Крепление контура выработки и обеспечение устойчивости лба забоя.

3. Обеспечение безопасного возведение обделки тоннеля.

Как следует из выше сказанного, механизированная разработка грунта в забое является основной функцией механизированного проходческого щита. При создании механизированных щитов можно пойти двум различным направлениям. Первое – попытка создание механизированного проходческого щита способный работать во всех инженерно-геологических условиях, и второе – создание щита, предназначенного для проходки тоннеля в весьма ограниченном диапазоне инженерно-геологических условиях. В первом случае достижения цели практически не выполнимо и даже теоретические рассуждения приводят к убеждению, что если создание и даже теоретические рассуждения приводят к убеждению, что если создание такого щита возможно, то его конструкция будет очень сложной и дорогостоящий. 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.

 

Устройство шитого комплекса

 

Рис.1. Конструктивная схема проходческого щита с роторным исполнительным органом для крепких скальных грунтов:

1 - Дисковые шарошки; 2 - Головная секция корпуса; 3 - Телескопическое соединение секций; 4 - Электродвигатель привода вращения; 5 - Хвостовая секция корпуса; 6 - Гидроцилиндр распорного устройства; 7 - Щитовой домкрат; 8 - Распорное устройство; 9 - Домкрат подачи; 10 - Тангенциальный гидроцилиндр; 11 - Ротор; 12 - Защитные полосы.

Рис.2. а - зубчатая шарошка; б - штыревая шарошка; в - дисковая шарошка; г - диски со штырями.

При проходке тоннелей в крепких скальных грунтах, практически не требующих временного крепления контура выработки, механизированная тоннеле проходческая машина может не иметь хвостовой оболочки, а ножевое и опорное кольцо выполняют только ограждающие функции. Однако если по трассе проходки ожидается встреча с зонами нарушенных грунтов, целесообразно вести проходку с помощью щита.

Технические характеристики

Марка проходческого щита
Тип исполнительного рабочего органа	Щит с шарошками и дисками
Диаметр обделки, мм - Наружный - Внутренний	6000 5700
Ширина кольца обделки	1000
Масса элемента обделки, кгс	2000
Марка укладки	ТУ-7М, Кольцевой на тележке
Длина комплекса	48
Число технологических тележек	1
Число передвижных платформ	4
Конвейер: - Число - Тип - Производительность	2 Ленточный 120
Скорость проходки, м/мес (м/ч)	150, (1-2)
Масса комплекса, тс	294

 

3. Технологическая схема сооружения тоннеля модификацией итогового комплекса

 

 

 

 

Расчетная часть

Определение мощности щита

Установленную мощность немеханизированного щита определяют суммированием номинальных мощностей электродвигателей насосных установок гидросистемы щитов и забойных домкратов:

                                      (1)

Мощность электродвигателя должна быть не менее, кВа:

                        (2)

Где  соответственно подача насоса и давление, развиваемое насосом, Мпа;

суммарный КПД

Если гидросистема забойных и платформенных домкратов питается от отделенного насоса, то рекомендуются насоса, имеющие  м³/ч и .

Установленная мощность, кВт механизированных щитов существенно выше мощностей немеханизированных, так как большая ее часть расходуется на разработку, погрузки и выдачу из щита породы:

N _щ = N _д + N _ио + N_n + N _т                                                        (3)

Где N _д – мощность насосных установок гидросистемы щитовых домкратов;

N _ио – мощность привода ИО;

N_n –мощность устройства для погрузки разрабатываемой породы; если порода грузиться в ИО, то N_n=0 мощность, затравливаемая на погрузку, учитывается при расчете;

N _т – мощность щитового транспортера или другого средства транспортирования породы щита.

Установленная мощность немеханизированного щита по формуле (1) равна:

N_щ = 2,6+22,44+0+10 = 35,04

Методика расчета мощности зависит от типа ИО:

1. Щит с дисковым ИО:

Где  Крутящий момент на валу ИО, кНм;

  частота вращения планшайбы от 1 до 6 об/мин;

n=0,85 0,9  привода.

Крутящий момент на валу ИО:

М_кр=М_тр+М_рез+М_з+М_пр

Где М_кр- момент, затрачиваемый на преодоление сил трения породы по поверхности планшайбы;

М_рез- момент- затрачиваемый на резание породы; М_рез=0,05 М_кр для песчаных пород и М_рез=0,22М_кр – для глинистых;

М_з -момент, затрачиваемый на преодоление сопротивлений в зазоре между ИО и корпусом щита М₃=0,06;

М_пр- момент идущий на преодоление прочих сопротивлений в зазоре между на погрузку, М_пр=0,05.

Можно считать, что

М_кр=к₁М_тр

Где к₁ – коэффициент равный 1,2 для пичканых пород и 1,5 – для глинистых.

Следовательно,

Где  коэффициент трения породы по стали.

 

Список литературы

 

1. Щитовые проходческие комплексы. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Щеголевкский М.М., Поляков Ал.В. 2009-447с.

2. Современные щитовые машины с активными перегрузом забоя. Валиев А.Г., Власов С.Н., Самойлов В.П. 2003-74с.

3. Методические указания для курсового и дипломного проектирования. Иванесс Т.В. 2008.

4. Строительство автодорожных и городских тоннелей: Учебник. Гриф МО РФ. 2014-397с.

Введение

 

В настоящие время роль тоннеля очень велика. Сооружение тоннеля дорогостостоящее, трудоемкое и продолжительное мероприятие. Для сведения к минимуму сроков строительства и стоимости тоннеля, а также снижения трудоемкости в настоящие время необходимо стремиться к максимальной комплексной механизации проходческих работ.

Щитовой способ сооружения тоннеля основан на применения забое специального агрегата – проходческого щита, под защитой которого выполняются все операции периодического цикла, включая возведение обделки.

Детально рассмотрим описание, схему работу шитого комплекса с Роторным органом с шарошками и дисками.

При проходке тоннелей в крепких скальных грунтах, практически не требующих временного крепления контура выработки, механизированная тоннеле проходческая машина может не иметь хвостовой оболочки, а ножевое и опорное кольцо выполняют только ограждающие функции. Однако если по трассе проходки ожидается встреча с зонами нарушенных грунтов, целесообразно вести проходку с помощью щита.

Корпус щита состоит из двух секций: головной и хвостовой, телескопически объединённых между собой, благодаря чему обеспечивается более благоприятное прохождение криволинейных участков трассы, а также появляется возможность создания значительного по величине усилия подачи исполнительного органа на забой домкратами подачи. Разрушение породы в забое ведется 32-мя дисковыми шарошками.

 

 

Исходные данные

Глубина заложения – 10м.

Горизонт подземных вод- м.

Габарит тоннеля – «С».

Тротуары – Нет.

Длина подземной части – 2500м.

Район строительства: Краснодарская область.

Грунт: Обыкновенный песчаник, Сланцеватые песчаники.

Удельный вес грунта .

Коэффициент крепости

Угол внутреннего трения .

 

1. Основные принципы проектирования механизированных
проходческих щитов

Проходческий щит, оснащенный специальным пород разбивающим агрегатом, называется механизированным. Принципиальный орган механизированного щита; привод исполнительного органа; щитовой гидродомкрат; щитовой транспортёр; домкрат подачи исполнительного органа на забой.

Основными элементами механизированного проходческого щита являются: корпус, исполнительный (Иногда называется рабочим) орган, предназначенный для механизированной разработки грунта в забое и удаления его из зоны щита. Работа исполнительного органа обеспечивается за счет привода. В процессе приводки тоннеля механизированный проходческий щит должен выполнять следующие основные функции:

1. Разработка грунта в забое и удаление его за пределы щиты для последующие погрузки в транспортные средства.

2. Крепление контура выработки и обеспечение устойчивости лба забоя.

3. Обеспечение безопасного возведение обделки тоннеля.

Как следует из выше сказанного, механизированная разработка грунта в забое является основной функцией механизированного проходческого щита. При создании механизированных щитов можно пойти двум различным направлениям. Первое – попытка создание механизированного проходческого щита способный работать во всех инженерно-геологических условиях, и второе – создание щита, предназначенного для проходки тоннеля в весьма ограниченном диапазоне инженерно-геологических условиях. В первом случае достижения цели практически не выполнимо и даже теоретические рассуждения приводят к убеждению, что если создание и даже теоретические рассуждения приводят к убеждению, что если создание такого щита возможно, то его конструкция будет очень сложной и дорогостоящий. 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.

 

Устройство шитого комплекса

 

Рис.1. Конструктивная схема проходческого щита с роторным исполнительным органом для крепких скальных грунтов:

1 - Дисковые шарошки; 2 - Головная секция корпуса; 3 - Телескопическое соединение секций; 4 - Электродвигатель привода вращения; 5 - Хвостовая секция корпуса; 6 - Гидроцилиндр распорного устройства; 7 - Щитовой домкрат; 8 - Распорное устройство; 9 - Домкрат подачи; 10 - Тангенциальный гидроцилиндр; 11 - Ротор; 12 - Защитные полосы.

Рис.2. а - зубчатая шарошка; б - штыревая шарошка; в - дисковая шарошка; г - диски со штырями.

При проходке тоннелей в крепких скальных грунтах, практически не требующих временного крепления контура выработки, механизированная тоннеле проходческая машина может не иметь хвостовой оболочки, а ножевое и опорное кольцо выполняют только ограждающие функции. Однако если по трассе проходки ожидается встреча с зонами нарушенных грунтов, целесообразно вести проходку с помощью щита.

Технические характеристики

Марка проходческого щита
Тип исполнительного рабочего органа	Щит с шарошками и дисками
Диаметр обделки, мм - Наружный - Внутренний	6000 5700
Ширина кольца обделки	1000
Масса элемента обделки, кгс	2000
Марка укладки	ТУ-7М, Кольцевой на тележке
Длина комплекса	48
Число технологических тележек	1
Число передвижных платформ	4
Конвейер: - Число - Тип - Производительность	2 Ленточный 120
Скорость проходки, м/мес (м/ч)	150, (1-2)
Масса комплекса, тс	294

 

3. Технологическая схема сооружения тоннеля модификацией итогового комплекса

 

 

 

 

Расчетная часть

Установление геометрических размеров и массы щиты

 

Диаметр щита равен:

;                                 (1)

Где  – наружный диаметр обделки (6м);

 – Зазор между внутренней поверхностью оболочки щита и наружной обделки (0,009 );

Толщина обделки щита  назначается в зависимости от диаметра щита (0,05).

;

Полная длина щита поверхности равна:

;                                 (2)

Где  – длина ножевого кольца зависит от устойчивости грунта (, образуя при этом козырек 0,5м);

– длина опорного кольца назначается в зависимости от дины щитовых домкратов ;

; 

;                                                                                                   

где – длина перекрытия обделки оболочкой:

;                                                                                                       

 – расстояние между опорной плоскостью домкрата и плоскостью кольцевого борта обделки (0,2м);

 – длина головной и опорной частей домкрата (0,7м).

Полная длина щита поверху по формуле (2) равна:

Отношения полной длины щита к его диаметру, характеризует степень маневренности щита.

 

;                            (3)

Диаметр в пределах в опорного кольца:

;                                 (4)

Где  – высота сечения опорного кольца (0,03 м);

Получается:

;

Рекомендуемая величина М для щитов среднего диаметра 0,8 – 1,0 и большого диаметра 0,5 – 0,6.

Массу немеханизированного щита диаметром    вычисляется по формуле эмпирической формуле:

                                 (5)

Масса механизированного щита определяем по этой же формуле умножаем результат на коэффициент 1,3 – 1,6.

Получаем:

Рис.2.Схема щита с основными размерами