Основные элементы современных проходческих щитов и их назначение

 

Форма поперечного сечения проходческого щита зависит от формы поперечного сечения сооружаемого тоннеля. Современные проходческие щиты имеют самые разнообразные формы поперечного сечения: круглую, прямоугольную, подковообразную, эллиптическую, двух- или трёхсводчатую и другие. Исторически сложилось так, что преимущественное применение имеют щиты кругового очертания, что объясняется возможностью применения сборной обделки из минимального количества типов элементов и использования достаточно простой кинематической схемы исполнительного органа механизированного проходческого щита. Поэтому знакомство с основными элементами проходческих щитов, их функциональным назначением и конструкцией будет происходить на примере щитов круговой формы с диаметром, соответствующим диаметру перегонного тоннеля метрополитена. Такие щиты условно относятся к щитам среднего диаметра (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Общий вид проходческого щита:

1- опорное кольцо; 2-ножевое кольцо; 3-вертикальная перегородка;

4-выдвижная платформа; 5-горизонтальная перегородка; 6-платформенный

домкрат; 7-забойный домкрат; 8-накладка; 9-оболочка; 10-щитовой домкрат;

11-опорная пята щитового домкрата

 

Несущую конструкцию щита составляют жёстко соединённые между собой ножевое и опорное кольца, а также горизонтальные и вертикальные перегородки. Конструкция основных элементов щитов больших и средних диаметров проектируется сборной из литых или сварных стальных элементов.

Конструкция ножевого кольца проектируется аналогично конструкции чугунной тюбинговой обделки и состоит из10-18 элементов (рис. 3.2.).

 

Рис. 3.2. Конструкция ножевого кольца проходческого щита:

1-нормальные элементы; 2-скошеные элементы; 3-ключевой элемент; 4-аванбек;

5-кольцевая шпонка; 6-ребро жёсткости

В каждом элементе ножевого кольца устраиваются продольные рёбра жёсткости, располагающиеся напротив щитовых домкратов.

В пределах ножевого кольца немеханизированных щитов при помощи вертикальных и горизонтальных перегородок создаются рабочие площадки, с которых ручным механизированным инструментом ведётся разработка грунта в забое и осуществляется его крепление. Для предохранения забоя от вывалов грунта в верхней части ножевого кольца устраивается выдвижной козырёк (аванбек).

В механизированных проходческих щитах в пределах ножевого кольца располагается исполнительный орган для механизированной разработки грунта.

Опорное кольцо состоит из такого же числа элементов, что и ножевое, соединяемых между собой болтами (рис. 3.3.).

 

Рис. 3.3. конструкция опорного кольца проходческого щита:

а- расположение элементов в кольце; б- продольный разрез элемента;

1-нормальные элементы; 2-скошенные элементы; 3-ключевой элемент

Для совместной работы ножевого и опорного кольца помимо болтовых связей между ними в элементах опорного кольца устраивается кольцевой паз, в который плотно входит кольцевая шпонка ножевого кольца.

На большей части наружной поверхности опорного кольца имеется выемка, в которую входят листы хвостовой оболочки. В дальних от забоя кольцевых полках опорного кольца имеются отверстия, соответствующие наружному диаметру щитовых домкратов.

Опорное кольцо непосредственно примыкает к ножевому и предназначено для размещения в его пределах силовой и пускорегулирующей аппаратуры, щитовых домкратов и других механизмов и оборудования.

Хвостовая оболочка щита представляет собой конструкцию, собираемую из лекальных стальных листов, соединяемых между собой накладками с болтами. При помощи оболочки в хвостовой части щита создаётся ограждённая зона, в которой осуществляется возведение обделки. Оболочка может быть однослойной или многослойной, то есть состоять их двух или трёх слоёв стальных листов толщиной 18=20 мм, отвальцованных по нужному диаметру (рис. 3.4.).

 

Рис. 3.4. Конструкция хвостовой оболочки проходческого щита:

а- сечение по опорному кольцу и оболочке; б- вид сбоку; в- сечение по оболочке;

1-стальной лист; 2-накладка; 3-опорное кольцо

Однослойная оболочка крепится только к опорному кольцу, в многослойной оболочке к опорному кольцу крепятся все слои, а наружный – ещё и к ножевому.

К элементам несущей конструкции щита относятся горизонтальные и вертикальные перегородки. Кроме того, установкой перегородок во внутреннем пространстве щита создаются рабочие ячейки в пределах ножевого кольца немеханизированного щита и площадки для установки необходимого оборудования и механизмов в опорном кольце. Перегородки в ножевом кольце механизированных щитов не устанавливаются.

Перегородки изготавливаются из стальных листов толщиной 18-20 мм и крепятся к рёбрам жёсткости ножевого или опорного кольца при помощи болтов (рис. 3.5.). В пределах ножевого кольца перегородки – трёхслойные, в опорном кольце они одно- или двухслойные.

Рис. 3.5. Конструкция перегородок проходческого щита:

1- перегородка опорного кольца; 2-перегородка ножевого кольца

 

 

Горизонтальные перегородки в несущей конструкции щита выполняют функции затяжек, а вертикальные – распорок. Как правило, роль вертикальных перегородок в статической работе щита при расчётах не учитывается, что идёт в запас прочности.

Важным элементом проходческих щитов являются щитовые домкраты, при помощи которых происходит передвижение щита. Щитовые домкраты – это гидравлическая машина двойного действия, штоки которой имеют прямой и обратный ход. Эти домкраты располагаются по периметру опорного кольца в соответствии с конструкцией применяемой обделки.

В немеханизированных щитах для обеспечения работы проходчика в забое устраиваются выдвижные платформы (рис. 3.6.), перемещаемые на забой при помощи платформенных домкратов.

 

 

Рис. 3.6. Конструкция выдвижной платформы:

1- стальной лист; 2-уголок; 3-ребро жёсткости; 4-швеллер; 5-платформенный домкрат

 

Крепление забоя в таких щитах производится при помощи забойных домкратов, устанавливаемых на вертикальных перегородках щита.