Строительство первой очереди Московского метрополитена характеризовалось широким применением классического горного способа проходки с разработкой сечения тоннеля по частям. Этому способу присущи высокая степень использования ручного труда во всех производственных процессах, теснота рабочего пространства, лишающая возможности механизировать работы.
Устройство монолитной бетонной обделки, сооружаемой по частям, чрезвычайно трудоемко, требует большого количества деревянной опалубки и крепежного леса для сложного временного крепления. Бетонная конструкция обделки тоннелей обусловливала сложный комплекс гидроизоляционных работ - устройство оклеенной гидроизоляции и сооружение поддерживающей железобетонной рубашки. Технологическая необходимость последовательного выполнения операций по сооружению тоннеля затрудняла возможность совмещения трудоемких процессов во времени, ограничивая темпы проходки и возможности механизации.
Затраты труда на основные процессы по сооружению перегонного тоннеля первой очереди строительства равнялись 646 чел.-ч на 1 пог.м, а приведенная скорость проходки - 0,2 пог. м в сутки. В период наибольшего развертывания работ общая численность занятого персонала составляла около 75 тыс. человек.
Первая очередь Московского метрополитена стала своеобразной лабораторией. На опытных участках испытывались почти все известные в то время способы проходки, в том числе и щитовой способ сооружения тоннелей. Этим способом сооружали участок перегонного тоннеля от Театральной площади (ныне площадь Свердлова) до станции «Дзержинская». В работе находилось два щита. Один был поставлен из Англии, другой - изготовлен отечественной промышленностью.
Сооружение тоннелей с помощью проходческого щита показало полную техническую и экономическую целесообразность такого способа работ. Разработка забоя на полное сечение, исключение тяжелого ручного труда по устройству временного деревянного крепления, применение для устройства обделки бетонных блоков, а позднее чугунных тюбингов вместо монолитного бетона, т. е., по существу, замена сооружения обделки ее монтажом, резко снизившая трудоемкость работ и позволившая полностью механизировать их с помощью специальных укладчиков блоков и тюбингов, значительное уменьшение трудоемкости гидроизоляционных работ - таковы важнейшие преимущества щитового способа проходки.
Результаты опытных работ с использованием щитовой проходки на строительстве первой очереди Московского метрополитена позволили принять решение - начиная со второй очереди строительства проходческие работы вести в перегонных и станционных тоннелях метрополитена в основном щитовым способом. Для практической реализации этого решения требовалось 42 проходческих щита, а в распоряжении строителей было только два. 40 щитов (28 перегонных диаметром 6 м и 12 станционных диаметром 9,5 м) - такой огромный заказ должен был быть выполнен менее чем за два года.
Созданная за годы первых пятилеток отечественная промышленность сумела успешно справиться с этой задачей. Партия и правительство уделяли большое внимание Метрострою. За выполнением заказа лично следил нарком тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе. Станционные щиты изготовляли в Ленинграде и Новокраматорске, перегонные - в Горловке и Коломне. Производство станционных тюбингов было поручено Уральскому заводу тяжелого машиностроения, перегонных тюбингов - Днепропетровскому машиностроительному заводу.
Пока на заводах велось изготовление щитов, метростроевцы проводили подготовительные работы, готовили квалифицированные бригады монтажников. Инженеры, техники и рабочие-тоннельщики знакомились с конструкцией проходческих щитов и технологией щитовой проходки. Были созданы две бригады по 20 человек с учетом четырехсменной круглосуточной работы. Начальником монтажных работ назначили Е. П. Солдатова, опытного мастера-монтажника. Его высокая квалификация, отличные организаторские способности способствовали успешной работе монтажных бригад. Скорость монтажа щитов была доведена с месяца до двух недель.
Радикальные изменения, которые щитовой способ проходки внес в технологию сооружения тоннелей, позволили резко повысить производительность труда тоннелестроителей. Затраты труда на основные процессы по сооружению 1 пог.м перегонного тоннеля снизились с 646 чел.-ч на первой очереди до 249 чел.-ч на второй очереди, т.е. более чем в 2,5 раза. По мере освоения щитового способа на второй очереди строительства скорости проходки перегонных тоннелей возросли с 2 пог.м в месяц в начале работ до 45-50 пог. м в конце работ. Изменив коренным образом основные процессы проходки, щитовой способ потребовал механизации остальных процессов.
При новом соотношении трудоемкости основных процессов возрос удельный вес таких операций, как разработка забоя, погрузка породы, ее транспортировка, остававшихся ручными. Эти операции стали узким местом в общей технологической цепи, ограничивая развитие и темпы строительства. Главной задачей дальнейшего совершенствования производства работ на строительстве третьей и особенно четвертой очередей Московского метрополитена стала механизация разработки породы, ее погрузки и транспортировки.
Массовое внедрение породопогрузочных машин, электровозной откатки, механических сбалчивателей тюбингов, механизация поверхностного шахтного комплекса: опрокидывателей вагонеток, выталкивателей груженых вагонеток из шахтной клети и другого оборудования - обеспечили дальнейшее снижение трудоемкости сооружения тоннелей и повышение производительности труда на четвертой очереди строительства в 4 раза по сравнению с первой очередью. При возведении перегонного тоннеля между станциями «Арбатская» и «Смоленская» в начале 50-х гг. в тяжелых гидрогеологических условиях, под сжатым воздухом с помощью проходческого щита сооружали более 6 пог.м тоннеля в сутки, т.е. выполняли 167% нормы.
В 60-х гг. при проходке перегонного тоннеля на Ждановском радиусе Московского метрополитена, а позже на Замоскворецком радиусе в песках естественной влажности московские метростроевцы, разрабатывая забой проходческим щитом, временное крепление забоя поручили песку, превратив его из врага в помощника, по образному замечанию начальника СМУ. Угол естественного откоса песка обеспечивал временную устойчивость лба забоя, а гидравлический напор щитовых домкратов помогал выполнять разработку забоя. Когда появились небольшие глинистые прослойки, затруднявшие проходку, конструкторы совместно со строителями создали специальные лопастные рыхлители, которые были установлены на площадках щита и включались в работу, способствуя разработке породы.
Так был создан механизированный щит ЩМ-17, который использовали при строительстве Краснопресненского радиуса Московского метрополитена на проходке участка перегонного тоннеля длиной 1800 м в песках естественной влажности со средней скоростью 117 пог.м в месяц. Другой такой щит используется на строительстве Горьковского метрополитена.
На линиях второй и третьей очередей строительства Московского метрополитена щитовой способ проходки тоннелей с применением сборной чугунной обделки оставался единственным для всех забоев, независимо от гидрогеологических условий. Позже, на линиях четвертой очереди, щитовую проходку использовали только в забоях со сложными гидрогеологическими условиями и при слабоустойчивых породах. Одновременно продолжалась дальнейшая механизация и рационализация отдельных процессов проходки. Создание и внедрение механических сбалчивателей позволило во всех забоях перегонных, станционных и эскалаторных тоннелей полностью исключить тяжелый ручной труд по монтажу обделки и повысить производительность труда на этом процессе почти в 3 раза по сравнению с третьей очередью строительства. Тяжелый и малопроизводительный труд по ручной очистке лотка тоннеля перед его бетонированием был исключен благодаря внедрению плоского лотка. Все это позволило превысить установленные проектом четвертой очереди скорости проходки перегонных и станционных тоннелей.
Как показывает практика строительства, наиболее эффективное совершенствование методов разработки породы в забое и комплексная механизация процессов сооружения тоннелей могут быть достигнуты только путем создания и внедрения специальных механизированных щитов - тоннельных комбайнов, позволяющих полностью устранить ручной труд в трудоемких процессах тоннельных работ и значительно повысить скорости сооружения тоннелей.
Много лет проектировщиками и метростроителями проводится большая работа по разработке конструкций, созданию и внедрению в практику строительства механизированных проходческих щитов. Специалистами Главтоннельметростроя созданы механизированные щиты для разнообразных условий работы в породах различной крепости. Первым вариантом такой конструкции был щит, использованный в Ленинграде. Результаты испытаний оказались настолько успешными, что была изготовлена партия из шести щитов, используемых на проходке перегонных тоннелей с 1949 г. С помощью этих щитов сооружено около 70 км перегонных тоннелей. Ленинградский механизированный щит имеет планетарный привод мощностью 80 кВт, режущий рабочий орган из четырех дисков-фрез, каждая из которых оснащена 12 стержневыми резцами, армированными твердым сплавом; подача на забой гидравлическая.
Создание механизированных щитов для разнообразных и сложных гидрогеологических условий сооружения тоннелей в Москве представляет собой более трудную задачу. Первый механизированный щит для строительства Московского метрополитена был создан в 1953 г. Он предназначался для механического разрушения горных пород крепостью до 175-200 кгс/см 2 и был выполнен по типу ленинградского механизированного щита, с планетарным режущим органом - двумя рабочими дисками по 24 резца на каждом. Щит прошел заводские и производственные испытания. С его помощью были построены 623 м перегонного тоннеля на Рижском радиусе.
К концу 50-х гг. было принято решение сооружать тоннели Московского метрополитена в основном мелкого заложения. Большую часть перегонных тоннелей должны были проходить в моренных глинах, суглинках, супесях, песках естественной влажности. Созданный для этих условий механизированный щит имел плоскую планшайбу, оснащенную ножами. Каменистые включения размером более 250 мм вынимались вручную, для чего в планшайбе были предусмотрены специальные отверстия. Этим щитом были сооружены два участка перегонного тоннеля длиной 900 м вблизи станции «Профсоюзная». Проходка велась со средней скоростью 118 пог. м и максимальной скоростью 187 пог. м в месяц. Участок тоннеля длиной 450 м вблизи станции «Первомайская» был пройден со средней скоростью 80 пог. м и максимальной скоростью 132 пог. м в месяц.
Более удачным по конструкции и эксплуатационным качествам был созданный в 1961 г. механизированный щит ЩМ-8 диаметром 3,6 м с гидроприводом и рабочим органом в виде конической планшайбы, оснащенной пластинчатыми ножами и стержневыми резцами, для проходки гидротехнических и коллекторных тоннелей в породах крепостью от 20 до 250 кгс/см 2 (мягкие вязкие глины, карбонные глины, мергели, суглинки, лессы, слабые известняки).
На основе опыта использования механизированных щитов М-105, 105Т, ЩМ-4, ЩН-1 для широкого диапазона устойчивых пород крепостью от 20 до 400 кгс/см 2 был создан механизированный щит ЩМР-1. При разработке конструкции были значительно улучшены основные параметры щита. Привод выполнен на постоянном токе, что позволяет в широких пределах регулировать работу щита, изменяя обороты рабочего органа в зависимости от крепости пород. Значительно увеличена мощность привода, она составляет 320 кВт (2X160). Двухмоторный привод позволяет регулировать мощность отключением одного из двигателей при проходке слабых мягких пород. Благодаря упрочненным стержневым резцам улучшено резание крепких пород.
При испытаниях щита в Киеве на проходке участка в спондиловых глинах было сооружено более 3 тыс. м перегонного тоннеля, в том числе 2190 м с обделкой, обжатой в породу. При этом достигнута скорость 262 м в месяц, 14 м в сутки и 6,03 м в смену. Второй щит ЩМР-1 был использован в Москве на проходке участка перегонного тоннеля в породах средней крепости (карбонные глины и известняки. Было пройдено 1370 м, максимальная скорость составила 147 пог. м в месяц.
Ленинградские механизированные щиты, проработавшие более 25 лет, в настоящее время заменяются новыми механизированными щитами КТ-1-5,6, созданными и изготовленными на Ясиноватском машиностроительном заводе. Щиты КТ-1-5,6 оснащены рабочим органом щелевого типа. Он состоит из четырех лучевых баров со стержневыми резцами, разрабатывающими кольцевые концентрические щели, и устройством, ломающим остающиеся кольцевые выступы породы. Мощность привода щитов 200 кВт, т. е. в 2,5 раза больше, чем щитов предыдущей модели, а наибольшее усилие подачи 50 тс, т. е. в 6 раз больше прежнего. Средняя скорость проходки при использовании этих щитов 330 - 350 пог. м в месяц. Рекордная скорость проходки 1250 пог. м в месяц превышает мировой рекорд для тоннелей этого диаметра.
С внедрением механизированных щитов ЩМ-17, КТ-1-5,6 и ЩМР-1 может быть осуществлена комплексная механизация проходки перегонных тоннелей метрополитена, залегающих в породах диапазоном от песков естественной влажности до слабых известняков и песчаников.
Для комплексной механизации проходческих работ при строительстве перегонных тоннелей метрополитена открытым способом создан специальный щит. Он представляет собой комплекс проходческого оборудования, включающий щит прямоугольной формы - металлическое передвижное крепление котлована под двухпутный тоннель. В передней изолированной части комплекса ведется разработка породы экскаватором с погрузкой ее в автотранспорт, позади производится монтаж цельносекционной обделки при помощи 20-тонного козлового крана ККТС-20. Комплекс позволяет- обеспечить полный проходческий цикл при значительном сокращении вскрышных работ.
Двукратные испытания комплекса в обычных и тяжелых условиях строительства показали его высокую производительность. Достигнутая скорость проходки составила 6 пог. м двухпутного тоннеля в сутки. Проходка тоннеля с применением щита открытого способа работ была начата в конце 1979 г. в Киеве.
Работы по совершенствованию конструкций механизированных щитов и созданию новых щитов продолжаются. Ведутся разработки щита со сменными рабочими органами, экскаваторным рабочим органом, а также работы по ряду других направлений.
Огромная доля участия в ведущихся более чем четверть века поисках наиболее совершенных конструкций механизированных щитов принадлежит Московскому механическому заводу (ранее завод № 5 Метростроя), который изготовил восемь моделей таких щитов в количестве 24 экземпляров, со всем оборудованием проходческого комплекса. С помощью щитовых комплексов, включая ленинградские механизированные щиты, сооружено более 120 км тоннелей метрополитенов во многих городах нашей страны.
Проходческий щит
Прохо́дческий щит - подвижная сборная металлическая конструкция, обеспечивающая безопасное проведение горной выработки и сооружение в ней постоянной крепи (обделки). Проходческий щит применяется при сооружении тоннелей различного назначения, при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом. Проходческий щит является элементом конструкции некоторых видов тоннелепроходческих комплексов (ТПК).
Впервые проходческий щит был применён в Великобритании Марком Брюнелем при сооружении тоннеля под рекой Темзой (). С их помощью сооружено большинство тоннелей метрополитенов в Москве , Петербурге , Екатеринбурге , Киеве , Харькове и других городах.
Диаметр получаемых тоннелей может варьироваться от 1 до 19 метров. Самый большой диаметр, 19 м , у четырёх проходческих щитов, используемых на строительстве железнодорожного Готардского тоннеля в Швейцарии .
Для создания тоннелей малого диаметра применяется горизонтальное бурение - длина до 2 км, диаметр до 1,2 м.
Применение проходческих щитов
- при сооружении тоннелей различного назначения
- при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом
Рабочие инструменты проходческих щитов
- ножевое кольцо
- опорное кольцо
- щитовые домкраты
- забойные домкраты
- платформенные домкраты
- трубы
- пускорегулирующая аппаратура
- горизонтальные и вертикальные перегородки
Виды щитов
Немеханизированные щиты
- Немеханизированный щит - щит, используемый лишь для защиты забоя от обрушения, пока рабочий вручную или с помощью отбойного молотка производит из него выемку грунта.
- Немеханизированный щит с кессоном - щит, применяемый для проходки в водонасыщенных грунтах, когда забой сзади щита перегораживается переборкой, а в образовавшееся пространство с помощью компрессора накачивается воздух (до давления в 2-5 атм), что «отжимает» грунтовые воды вглубь пород и защищает забой от их поступления. Способ весьма эффективен с инженерной точки зрения, но чрезвычайно вреден для здоровья рабочих, поскольку вызывает кессонную болезнь .
Механизированные щиты
Резец механизированного щита
- Механизированный щит - щит (вернее, уже комплекс), на котором почти исключён ручной труд, и практически все операции выполняются оператором с пульта управления. Разработка грунта производится за счёт вращающегося на оси щита стального ротора с резцами, после чего грунт подаётся на конвейер, а с него - на вагонетки. В СССР этот тип щитов был впервые применён в 1949 году .
- Механизированный щит с кессоном - механизированный щит с применением кессонирования забоя.
- Механизированный щит с грунтопригрузом - механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подается в герметичную камеру грунтопригруза (в которой давление равно давлению в забое), а из неё удаляется шнековым конвейером. Этот вид щитов применяется в ситуациях, когда нельзя допустить малейшей просадки вышележащих слоев грунта, а специальные методы проходки туннелей в неустойчивых водонасыщенных грунтах (замораживание, водопонижение) не оправдывают себя.
- Механизированный щит с гидропригрузом - механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подаётся в камеру гидропригруза, в которую, в свою очередь, под давлением (до нескольких десятков атм) подаётся бентонитовый раствор. Смешиваясь с ним, измельчённый разработанный грунт отводится по трубопроводу на поверхность, где в сепараторе отделяется от бентонита, который возвращается обратно в камеру гидропригруза. Это весьма дорогой, но наиболее современный вид щитов, который в отношении отсутствия просадок вышележащих слоев грунта ещё более совершенен, чем щит с грунтопригрузом.
Производители
К крупнейшим мировым производителям механизированных щитов относятся следующие компании:
- Herrenknecht
- LOVAT
- Robbins
- Wirth
- Palmieri
Существует легенда, что изобретателю проходческого щита Марку Брюнелю пришла в голову идея этого устройства, когда он наблюдал, как корабельный червь прокладывает дорогу в твердой дубовой щепке. Брюнель заметил, что только лишь голова маленького моллюска покрыта жесткой раковиной. С помощью ее зазубренных краев червь буравил дерево. Углубляясь, он оставлял на стенках хода гладкий защитный слой извести.
Примечания
См. также
Ссылки
- Сергей Апресов Крот: Подземный корабль подарит Москве новое метро // Популярная механика . - Декабрь 2006.
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Осень в Нью-Йорке
- Гран-при (Каннский кинофестиваль)
Смотреть что такое "Проходческий щит" в других словарях:
Проходческий щит - (a. tunnelling shield; н. Vortriebsschield; ф. bouclier d avancement; и. escudo) временная передвижная металлич. призабойная крепь, под защитой к рой проводятся осн. процессы проходческого цикла. Bпервые П. щ. применён в 1825 при стр ве… … Геологическая энциклопедия
проходческий щит - Горная машина для проходки шахт и туннелей … Словарь многих выражений
щит проходческий - передвижная механизированная крепь, обеспечивающая защиту от горного давления и вывалов породы при сооружении тоннелей, выработок шахт и др. * * * ЩИТ ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ ПРОХОДЧЕСКИЙ, передвижная механизированная крепь, обеспечивающая защиту от… … Энциклопедический словарь
Щит (значения) - Щит: Щит вид военного защитного снаряжения, предназначенный для отражения атак холодного или стрелкового оружия. Щит (геральдический) основа любого герба. Щит созвездие южного полушария. Щит (силовой щит) в научной… … Википедия
Щит проходческий
Щит горнопроходческий - У термина «Щит» существуют и другие значения. Проходческий щит Проходческий щит подвижная сборная металлическая конструкция, обеспечивающая безопасное проведение горной выработки и сооружение в ней постоянной крепи (обделки). Проходческий щит… … Википедия
Щит - Для термина «Щит» см. другие значения. Щит вид военного защитного снаряжения, предназначенный для отражения атак холодного или стрелкового оружия. Содержание 1 Виды 1.1 Лёгкие (древнейшие) 1.2 … Википедия
Щит (оруж.) - У термина «Щит» существуют и другие значения. Щит эмали или металлы Щитодержатель Щитодержатель слоган … Википедия
щит - а/; м. см. тж. щиток, щитовой 1) а) Защитное вооружение древнего воина в виде округлой или прямоугольной плоскости (из дерева, металла или жёсткой кожи для предохранения от стрел, от ударов холодным оружием) Держать щит в левой руке. Старинный… … Словарь многих выражений
щит - а, м. 1. Защитное вооружение древнего воина в виде округлой или прямоугольной плоскости из дерева или металла, для предохранения от ударов холодным оружием. Над диваном, на ковре, было в порядке развешано всевозможное оружие кольчуги, щиты, копья … Малый академический словарь
Книги
- Метро. Подземный город , Волков Василий , Волкова Наталия Геннадьевна , Эта книга расскажет не только об истории строительства Московского метрополитена, который считается самым красивым, но и о том, как устроен этот подземный мир - огромный, сложный и очень… Категория:
В немеханизированных проходческих щитах, в которых отсутствуют какие-либо специальные органы воздействия на забой, разработка породы в зависимости от структуры и крепости пересекаемых забоем пород производится ручными инструментами, отбойными молотками, буровзрывным способом или путем вдавливания в породный массив элементов ножевого кольца щита. Все другие проходческие операции в немеханизированных щитах в зависимости от их конструктивного устройства имеют различный уровень механизации.
Проходческие немеханизированные щиты применяют главным образом при строительстве тоннелей в мягких сыпучих и плывучих породах.
Все разновидности немеханизированных щитов в основном конструктивно подобны и различаются между собой по форме, способу изготовления, материалу и основным размерам, зависящим от назначения сооружаемой выработки. Немеханизированные щиты изготовляют с открытой или закрытой головной частью, т. е. забой выработки остается открытым или же закрепляется с помощью специальных приспособлений и устройств.
Щиты для выработки с площадью поперечного сечения до 12 м 2 обычно выполняют цельносварными или сборносварными без внутренних перегородок. В таких щитах ножевое кольцо, опорное кольцо и оболочка соединены в одну нераздельную конструкцию или конструкцию, собранную из сегментов, в которых ножевая и опорная части, а также часть щитовой оболочки соединены сварным щитом.
Щиты для проведения выработок большого сечения изготовляют из сборно-литых или сборно-сварных элементов, соединяемых между собой болтами.
Техническая характеристика немеханизированных щитов приведена в табл. 28.
В зависимости от геологических условий и глубины залегания выработки применяют различные методы щитовой проходки.
В слабых неустойчивых породах (пески, супеси) применяют метод вдавливания ножевой части щита в грунт и под прикрытием козырька и горизонтальных площадок производят отбор грунта, находящегося на площадках под углом естественного откоса. В этом случае ножевое кольцо щита в верхней части значительно опережает ложковую часть ножа. При этом способе особое значение имеет надежное ограждение верха выработки. Для этой цели применяют выдвижные и постоянные козырьки, которые должны опережать переднюю плоскость ножевого кольца настолько, чтобы внутри щита в его верхних ячейках (при щитах большого диаметра) могла образоваться осыпь породы под углом обрушения.
Выдвижные козырьки могут быть выполнены в виде цельной арки (рис. 55), отдельных секций, а также выдвинутых балок.
До перемещения щита козырек первым перемешается вперед с помощью специальных домкратов.
После разработки породы при последующем перемещении щита козырек вновь приводится в исходное положение.
При проходке в глинах, когда забой не требует крепления, работы ведут с выдвижных площадок. Породу отделяют от массива в помощью пневматического инструмента, направляют ее в зазор между площадками или в специальные люки в горизонтальных площадках, далее порода следует вниз на транспортные устройства, предназначенные для выдачи ее за пределы щита.
В скальных породах проходческие щиты применяют реже. Щитовые платформы служат удобными подмостями для обуривания забоя и заряжания шпуров. Глубина заходки обычно равна ширине кольца тоннельной обделки
Очередное передвижение щита производят после того, как порода вынута на полный профиль по всей длине заходки и убрана за пределы щита, а последнее кольцо обделки замкнуто и сболчено на все болты о затяжкой их ключом.
Управляют щитом при его передвижке путем включения или выключения из сети высокого давления одного или группы щитовых домкратов.
Передвижку щита производят со скоростью 5- 10 см/мин, если на пути щита не встречается дополнительных сопротивлений. Дополнительные сопротивления обычно возникают вследствие неполной разработки породы по сечению выработки, чаще в лотке. В немеханизированных щитах разрушенную породу грузят автономными погрузочными машинами в отдельные вагонетки. В щитах малых диаметров погрузку породы иногда осуществляют вручную совковыми лопатами с металлических листов, которые укрепляют внизу режущей части щита.
В механизированных щитах погрузка породы зависит от типа исполнительного органа щита.
В щитах с роторным исполнительным органом разрушенную породу из щита выдают на конвейер. Для этого непосредственно во вращающемся роторе имеются лопасти, которые подают породу по специальным направляющим точкам на конвейер.
В щитах с планетарным рабочим органом чаще всего разрушенную породу из забоя выдают е помощью ковшей. Ковши закреплены на водиле рабочего органа и вращаются вместе е ним. Сзади ковшей расположен отбойный лист, в верхней части которого имеется отверстие. Ковши захватывают разработанную породу в нижней части забоя и поднимают ее до отверстия в отбойном листе, где она по направляющей течке попадает на конвейер и далее в транспортные сосуды.
В ряде щитов, где отсутствует вращающийся рабочий орган, роторные погрузчики оснащают рабочим приводом. Погрузочный орган в этом случае располагают сзади рабочих площадок. Порода, осыпающаяся с горизонтальных площадок, зачерпывается ковшами и поднимается вверх, где по направляющей течке попадает на конвейер.
В щитах о исполнительным органом избирательного действия и о рассекающими площадками для песчаных и глинопесчаных пород часто используют шнековые погрузочные органы или же органы с нагребающими лапами. При проведении тоннелей в обводненных породах погрузку породы осуществляют о помощью пластинчатых питателей.
Для механизированных проходческих щитов, в которых разрушение породы в забое осуществляется рабочими органами различного типа, обязательна полная механизация и других основных операций проходческого цикла
Экономически рационально применять проходческие щиты в одинаковых горно-геологических условиях в горизонтальных выработках протяженностью для механизированных от 400 м и более, для немеханизированных - до 400 м.
Механизированные проходческие щиты являются комбинированными горными машинами, предназначенными для отделения горной породы от массива, уборки ее за пределы щита, временного крепления призабойного пространства и возведения крепи (обделки).
По области применения механизированные щиты делят на четыре группы, в которые входят щиты, предназначенные для проходки тоннелей: в неустойчивой водоносной среде с большим гидростатическим давлением (плывуны); в устойчивых песчано-глинистых породах; в породах средней крепости; в крепких породах.
Для проходки коллекторных тоннелей в нашей стране разработаны и применяются механизированные щиты небольших диаметров, позволяющие проводить коллекторы с большой скоростью. Характеристика щитов приведена ниже:
«Сегодня в Москве произошло знаковое событие в метростроении. Мы впервые в истории запускаем щит диаметром более 10 метров - размером фактически с полноценное трехэтажное здание. Два поезда будут ходить в одном тоннеле. Это совершенно новые технологии, которые раньше в Москве не применялись. За очень короткое время была проделана большая работа, щит собран за 27 дней. Его вес - 1600 тонн», - сказал М. Хуснуллин.
По его словам, машину фирмы Herrenknecht AG изготовили специально для Москвы в Германии. На создание щита потребовался почти год. Длина ТПМК - 66 метров.
«Самой тяжелой частью комплекса является ротор, который весит 156 тонн», - добавил М. Хуснуллин.
Глава Стройкомплекса сравнил работу ТПМК с механизмом мясорубки.
«Машина перемалывает породу как мясорубка и передает на конвейеры, затем грунт вывозится. Скорость работы щита - 350 метров в месяц. Грубо говоря, в день он должен проходить 10 метров. Это высокая скорость, но она зависит от грунтов», - пояснил М. Хуснуллин.
Он отметил, что проходку планируется закончить к концу 2017 года.
«В дальнейшем тоннелепроходческий комплекс будет задействован на строительстве Третьего пересадочного контура метро . Время работы щита расписано по суткам», - уточнил заммэра.
Обслуживать щит будет бригада из 49 человек в каждую смену.
Из Германии в Москву щит доставляли четырьмя видами транспорта: автотранспортом завода-изготовителя в речной порт в Германии, затем речным транспортом по этой стране. Оттуда через Балтийское море ТПМК привезли в Санкт-Петербург, а затем автоколонной доставили в Москву.
Такие комплексы нужны для возведения двухпутных тоннелей большого диаметра, что позволит построить станции с двумя боковыми платформами. Строительство метро по этой технологии дает экономию до 30% по сравнению с традиционными проектами.
Напомним, в Москве традиционно строили однопутные тоннели метро, в которых поезд движется в одном направлении. Платформа располагается посередине.
При строительстве двухпутных тоннелей платформы станции располагаются по бокам, а поезда следуют навстречу друг другу в центральной части платформы.
Подробнее о двухпутных тоннелях метро и машинах, которые их строят, читайте в
Наша справка
Кожуховскую ветку метро планируется открыть в 2018 году. Запуск этой линии позволит значительно улучшить транспортное обслуживание жителей нескольких районов -
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:
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:
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:
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.