ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ Российский патент 1996 года по МПК E21D9/06 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в щитовых тоннелепроходческих комплексах при строительстве тоннелей со сборной обделкой.

Известен проходческий щит, включающий корпус с оболочкой, щитовые гидродомкраты. Для обеспечения нагнетания цементно-песчаного раствора за первое кольцо железобетонной сборной крепи в хвостовой части щита имеется уплотнительное кольцо с деревянными колодками. Кольцо разжимается в оболочке щита специальным гидравлическим домкратом, оно футеровано со стороны тоннеля резиновыми плитами и способствует более равномерному распределению усилия щитовых домкратов на торцевую поверхность крепи при передвижке щита [1]
Наиболее близким из известных технических решений по совокупности признаков является упорное устройство тоннелепроходческого щита, установленное в хвостовой части щита в его оболочке между башмаками щитовых гидродомкратов и обделкой тоннеля, выполненное в виде нажимного кольца, содержащего три шарнирно связанных сегмента, соединенных в верхней части распорным силовым цилиндром и снабженных упругими накладками со стороны кольца обделки и уплотнительными накладками со стороны оболочки щита. Нажимное кольцо соединено с четырьмя опорными гидродомкратами посредством пят со сферическими шарнирами (верхние сегменты соединены каждый с одним опорным гидродомкратом, а нижний сегмент с двумя опорными гидродомкратами). Соединение выполнено с зазором и обеспечивает возможность смещения сегментов нажимного кольца относительно опорных гидродомкратов в радиальном направлении. Щитовые и опорные гидродомкраты жестко установлены в корпусе щита. Штоковые полости гидроцилиндров соединены непосредственно с выходом реверсивного распределителя, а поршневые полости с выходами соответствующих двухпозиционных распределителей, входы которых соединены со вторым выходом реверсивного распределителя [2]
Описанное техническое решение обеспечивает прижатие наружной поверхности нажимного кольца к внутренней поверхности оболочки щита и соответственно уплотнение строительного зазора между блоками кольца обделки тоннеля и оболочкой щита при включении на выдвижение распорного силового цилиндра, и равномерно распределяет усилие щитовых и опорных гидроцилиндров на торцевую поверхность кольца обделки при перемещении щита. После окончания перемещения щита распорный силовой цилиндр втягивается, верхние сегменты нажимного кольца отходят от оболочки щита и нажимное кольцо перемещается опорными гидродомкратами вперед.

Однако при перемещении вперед нажимное кольцо опирается на оболочку щита нижним сегментом, что приводит к ускоренному износу уплотнительной накладки нижнего сегмента нажимного кольца. Не предусмотрена также возможность регулировки положения уплотнительной накладки относительно сегментов нажимного кольца, что обуславливает повышенные требования к точности изготовления уплотнительной накладки и, в то же время не обеспечивает плотного прилегания уплотнительной накладки к внутренней поверхности оболочки щита по всему периметру, в результате чего возможны утечки тампонажного раствора, нагнетаемого в строительный зазор. Соединение напорного кольца с четырьмя опорными гидроцилиндрами может вызвать поломку напорного кольца при несинхронном выдвижении-втягивании опорных гидроцилиндров.

Кроме того, гидросистема не обеспечивает последовательности работы гидродомкратов, что может привести к поломкам напорного кольца при ошибках оператора, например, при перемещении напорного кольца вперед при неполностью убранных щитовых гидродомкратах. Все перечисленное выше приводит к снижению надежности щита и увеличению простоев, связанных с ремонтами.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности тоннелепроходческого щита.

Достигается это тем, что в тоннелепроходческом щите, включающем корпус, оболочку, щитовые и опорные гидродомкраты, щитовые полости которых соединены с выходом реверсивного распределителя, а поршневые полости с выходами соответствующих двухпозиционных распределителей, и упорное устройство, установленное в оболочке щита, содержащее три шарнирно связанных части, соединенных распорным силовым цилиндром, снабженных упругими накладками со стороны кольца обделки и уплотнительными накладками со стороны оболочки и связанных с опорными гидродомкратами посредством сферических шарниров, упорное устройство соединено с двумя опорными гидроцилиндрами посредством траверсы, установленной с возможностью перемещения в цилиндрических втулках кронштейнов, закрепленных своими сферическими шарнирами на штоках опорных гидродомкратов, и дополнительно соединено гибкой связью с третьим опорным гидродомкратом, при этом верхние части упорного устройства соединены с траверсой посредством цилиндрического шарнира, причем уплотнительные накладки закреплены на выдвижных элементах, установленных в корпусе упорного устройства на регулировочных винтах с возможностью перемещения в радиальном направлении, а входы двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов соединены с вторым входом реверсивного распределителя через обратный клапан и напорный золотник, дренажная линия которого соединена со вторыми выходами двухпозиционных распределителей опорных гидродомкратов, входы которых соединены с вторым выходом реверсивного распределителя через гидрозамок, полость управления которого через дроссель соединена с штоковыми полостями гидродомкратов и со сливом через дополнительный напорный золотник, линия управления которого соединена с вторыми входами двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов и гидродомкрата разжатия.

Отличительными от прототипа признаками являются:
упорное устройство, соединенное двумя опорными гидродомкратами посредством траверсы, установленной с возможностью перемещения в цилиндрических втулках кронштейнов и дополнительно соединено гибкой связью с третьим опорным гидродомкратом. Указанный признак обеспечивает возможность самоустановки кольца в оболочке, исключая дополнительные затраты времени на его установку;
кронштейны закреплены своими сферическими шарнирами на двух опорных гидродомкратах, что допускает возможность различных перекосов распределительного кольца без его поломок, ремонтов, повышая производительность щита;
упорное устройство соединено с траверсой посредством цилиндрического шарнира и выполнено из трех частей, шарнирно соединенных между собой и снабжено гидроцилиндром разжатия. Указанный признак позволяет использовать упорное устройство как уплотнительное. Упорное устройство может принять форму оболочки, перекрывая пространство между оболочкой и блоком обделки. Исключается износ упругих накладок при холостом перемещении распределительного кольца, их периодическую замену требующую остановку всего щита.

в корпусе упорного устройства установлены на регулировочных винтах с возможностью перемещения в радиальном направлении, выдвижные элементы с упругими накладками. Указанный признак позволяет использовать упорное устройство, как уплотнительное, отказаться от применения дополнительных опалубок и т.п. и соответственно сократить время простоев тоннелепроходческого щита. Выдвижные элементы обеспечивают регулировку формы упорного устройства в соответствии с формой оболочки, позволяет компенсировать неточности изготовления и износ упругих накладок.

входы двухпозиционных распределителей щитовых гидроцилиндров соединены со вторым выходом реверсивного распределителя через обратный клапан и напорный золотник, дренажная линия которого соединена со вторыми выходами двухпозиционных распределителей опорных гидродомкратов. Выдвижение щитовых гидродомкратов при невыдвинутых опорных гидродомкратах и гидроцилиндре разжатия упорного устройства невозможно, что исключает поломки упорного устройства, остановки тоннелепроходческого щита. Исключается перемещение тоннелепроходческого щита при неуплотненном зазоре между оболочкой и кольцом блоков обделки. Обратный клапан обеспечивает беспрепятственный отход любого из щитовых гидродомкратов.

входы двухпозиционных распределителей опорных гидродомкратов соединены со вторым выходом реверсивного распределителя через гидрозамок, полость управления которого через дроссель соединена со штоковыми полостями опорных гидродомкратов и со сливом через дополнительный напорный золотник, линия управления которого соединена со вторыми входами двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов. Указанный признак исключает втягивание опорных гидродомкратов с упорным устройством до втягивания щитовых гидродомкратов и гидроцилиндра разжатия упорного устройства, т.е. случайные поломки и остановки щита исключены. Уменьшается износ упругих накладок упорного устройства, обеспечивается беспрепятственное выдвижение любого из опорных гидродомкратов.

На фиг.1 изображен тоннелепроходческий щит, продольный разрез; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение В-В на фиг.3; на фиг.5 гидросхема работы гидродомкратов и гидроцилиндра разжатия.

Тоннелепроходческий щит включает исполнительный орган 1, установленный в корпусе 2 тоннелепроходческого щита, оболочку 3, закрепленную на корпусе 2 в задней части тоннелепроходческого щита, конвейер 4 и блокоукладчик 5. В корпусе 2 установлены щитовые 6 и три опорных 7 гидродомкрата (в описываемом тоннелепроходческом комплексе установлено семнадцать щитовых гидродомкратов на чертежах условно показано два). На штоках 8 двух опорных гидродомкратов посредством сферических шарниров 9 установлены кронштейны 10, в цилиндрических втулках 11 которых установлены с возможностью перемещения траверса 12. На цилиндрическом шарнире 13 траверсы 12 установлено упорное устройство 14, дополнительно соединенное гибкой связью 15, например цепью, с третьим опорным гидродомкратом 7. Упорное устройство выполнено из трех частей 16, 17 и 18. Части 16 и 17 соединены между собой шарниром 19. Части 16 и 18 соединены посредством цилиндрического шарнира 13. Части 17 и 18 соединены между собой гидроцилиндром разжатия 20, выполненным с шаровыми шарнирами 21 и 22. В корпусе 23 упорного устройства 14 на регулировочных винтах 24 установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении выдвижные элементы 25 с наружными упругими накладками 26. Со стороны кольца блоков обделки 27 на корпусе 23 упорного устройства 14 закреплены упругие накладки 28. Штоковые полости 29 щитовых, штоковые полости 30 опорных гидродомкратов и штоковая полость 31 гидроцилиндра разжатия соединены с выходом реверсивного распределителя 32. Поршневые полости 33 щитовых, поршневые полости 34 опорных гидродомкратов и поршневая полость 35 гидроцилиндра разжатия соединены с выходами соответствующих двухпозиционных распределителей 36 щитовых двухпозиционных распределителей 37 опорных гидродомкратов и двухпозиционного распределителя 38 гидроцилиндра разжатия.

Входы двухпозиционных распределителей 36 щитовых гидродомкратов соединены со вторым выходом реверсивного распределителя 32 через обратный клапан 39 и напорный золотник 40. Реверсивный распределитель 32 может переключаться в положение "а" или в положение "б". Дренажная линия 41 напорного золотника 40 соединена со вторыми выходами двухпозиционных распределителей 37 опорных гидродомкратов и распределителя 38 гидроцилиндра разжатия, и через дроссель 42 со сливом 43. Входы двухпозиционных распределителей 37 опорных гидродомкратов соединены со вторым выходом реверсивного распределителя 32 через гидрозамок 44, линия управления 45 которого через дроссель 46 соединены со штоковыми полостями 30 опорных гидродомкратов и со сливом 47 через дополнительный напорный золотник 48, линия управления 49, которого соединена со вторыми входами двухпозиционных распределителей 36 щитовых гидродомкратов 6 и распределителя 38 гидроцилиндра разжатия 20. Вход реверсивного распределителя 32 соединен с насосом 50.

Тоннелепроходческий щит работает следующим образом.

После разработки породы исполнительным органом 1 перед тоннелепроходческим щитом на величину заходки равную ширине кольца блоков обделки 27, тоннелепроходческий щит перемещают вперед с помощью щитовых 6 и опорных 7 гидродомкратов, упирающихся через упорное устройство 14 в ранее уложенное кольцо блоков обделки 27. При этом реверсивный распределитель 32 переключается в положение "б". Рабочая жидкость от насоса 50 через гидрозамок 44 подается на входы двухпозиционных распределителей 37 опорных гидродомкратов 7 и распределителя 38 гидроцилиндра разжатия 20 упорного устройства 14, а также на вход напорного золотника 40. При включении двухпозиционных распределителей 37 и 38 опорные гидродомкраты 7 выдвигаются, прижимая упорное устройство 14 к торцу ранее уложенного кольца блоков обделки 27, а гидроцилиндром разжатия 20 наружная поверхность упорного устройства 14 плотно прижимается к внутренней поверхности оболочки 3 щита. Поскольку упорное устройство 14 установлено на цилиндрическом шарнире 13 траверсы 12, то в процессе разжатия отдельные части 16, 17 и 18 упорного устройства 14, поворачиваясь вокруг цилиндрического шарнира 13 и шарнира 19, самоустанавливаются относительно оболочки 3. Погрешности формы оболочки 3, упорного устройства 14 и износ наружных упругих накладок 26 периодически компенсируют, перемещая в радиальном направлении регулировочными винтами 24 выдвижные элементы 25.

После того, как упорное устройство 14 опорными гидродомкратами 7 прижимается к кольцу блоков обделки 27 и гидроцилиндром разжатия 20 к оболочке 3, повышается давление рабочей жидкости, напорный золотник 40 открывается, соединяя входы двухпозиционных распределителей 36 щитовых гидродомкратов 6 с выходом реверсивного распределителя 32. Включенные щитовые гидродомкраты 6 выдвигаются, опираясь через упорное устройство 14 на кольцо блоков обделки 27, и совместно с опорными гидродомкратами 7 перемещают щит вперед. При этом, если в результате ошибки оператора или вследствие отказа хотя бы один из двухпозиционных распределителей 37 или 38 не будет включен, рабочая жидкость под давлением будет подана в дренажную линию 41 напорного золотника 40, соединенную со вторыми выходами распределителей 37 и 38, в результате чего напорный золотник 40 закроется и подача рабочей жидкости к щитовым гидродомкратам 6 производиться не будет. Таким образом, выдвижение щитовых гидродомкратов 6 возможно только при включенных на выдвижение опорных гидродомкратах 7 и разжатом упорном устройстве 14, что исключает возможность перемещения щита при неуплотненном зазоре между кольцом блоков обделки 27 и оболочкой 3, поломки упорного устройства 14 при перемещении щита.

Дроссель 42, соединяющий дренажную линию 41 напорного золотника 40 со сливом 43, ограничивает при этом утечки рабочей жидкости на слив 43 весьма малой величиной. В то же время благодаря наличию дросселя 42 при включенных двухпозиционных распределителей 37 и 38 давление в дренажной линии 41 напорного золотника 40 становится равным давлению на сливе.

Поскольку упорное устройство 14 установлено на траверсе 12. установленной с возможностью перемещения в цилиндрических втулках 11 кронштейнов 10, а последние установлены на штоках 8 двух опорных гидродомкратов 7 посредством сферических шарниров 9, а с третьим опорным гидродомкратом 7 соединено гибкой связью 15, то упорное устройство 14 при различной величине выдвижения опорных гидродомкратов 7 может, не ломаясь, перекашиваться при перемещении щита на значительную величину, что обеспечивает высокую маневренность щита. Кроме того, так как строительный зазор между блоками кольца обделки 27 и оболочкой 3 при движении щита постоянно перекрыт упорным устройством 14, прижатым упругими накладками 28 к блокам кольца обделки 27, а наружными упругими накладками 26 к оболочке 3, то можно производить нагнетание тампонажного раствора одновременно с перемещением щита, в результате чего значительно уменьшаются осадки породы (особенно неустойчивой) при проходке тоннеля и исключается развитие горного давления на крепь. После перемещения тоннелепроходческого щита на величину, равную ширине кольца блоков обделки 27, упорное устройство 14 отводится. Для отвода упорного устройства 14 реверсивный распределитель 32 устанавливается в положение "а". Штоковые полости 29, 30 и 31 гидродомкратов щитовых 6 и опорных 7 и гидроцилиндра разжатия 20 соединяются с насосом 50. Рабочая жидкость из поршневых полостей 33 щитовых гидродомкратов 6 через обратный клапан 39 и реверсивный распределитель 32 уходит на слив, и щитовые гидродомкраты 6 втягиваются. Одновременно втягивается гидроцилиндр разжатия 20 упорного устройства 14, в результате чего между упорным устройством 14 и оболочкой 3 образуется зазор, после чего включаются двухпозиционные распределители 37 упорного устройства 14 перемещается опорными гидродомкратами 7. Если хотя бы один щитовой гидродомкрат 6 или гидроцилиндр разжатия 20 не втянут до конца, и соответствующий двухпозиционный распределитель 36 или 38 не включен, то давление, возникающее в запертой поршневой полости 33 или 35 при подаче рабочей жидкости под давлением в штоковые полости 29 щитовых гидродомкратов 6 и 31 гидроцилиндра разжатия 20, подается в линию управления 49 дополнительного напорного золотника 48. Напорный золотник 48 открывается, соединяя линию управления 45 гидрозамка 44 со сливом 47. Гидрозамок 44 закрывается, перекрывая слив рабочей жидкости из поршневых полостей 34 опорных гидродомкратов 7 и блокируя втягивание штоков 8 опорных гидродомкратов 7 с установленным на них упорным устройством 14. Дроссель 46 при этом ограничивает расход рабочей жидкости через дополнительный напорный золотник 48, поддерживая давление в штоковых полостях 29, 30 и 31. Если все щитовые гидродомкраты 6 и гидроцилиндр разжатия 20 втянуты до конца или включены на втягивание, давление в линии управления 49 отсутствует, дополнительный напорный золотник 48 закрывается. Поскольку линия управления 45 гидрозамка 4 соединена со штоковыми полостями 29, 30 и 31, то гидрозамок 44 открывается, обеспечивая возможность втягивания штоков 8 опорных гидродомкратов 7 и перемещения упорного устройства 14. Это исключает возможность поломки упорного устройства 14 при его отводе в результате ошибки оператора или отказа (например, отвод упорного устройства 14 при не полностью убранном щитовом гидродомкрате 6). Поскольку упорное устройство 14 отводится при втянутом гидроцилиндре разжатия 20, то отсутствует трение наружных упругих накладок 26 об оболочку 3 и связанный с этим дополнительный износ упругих накладок 26. Установка упорного устройства 14 на штоках 8 двух опорных гидродомкратов 7 посредством траверсы 12 и кронштейнов 10 со сферическими шарнирами 9, и соединение его с третьим опорным гидродомкратом 7 гибкой связью 15 обеспечивает возможность перекашиваться упорному устройству 14 на большую величину без поломок, что исключает необходимость применения системы синхронизации движения опорных гидродомкратов 7 и упрощает управление щитом. При значительном рассогласовании опорных гидродомкратов 7 отключается (оператором) соответствующий двухпозиционный распределитель 37, останавливая опорный гидродомкрат 7 и выравнивая упорное устройство 14.

После отвода упорного устройства 14 в освободившемся пространстве между ранее уложенным кольцом блоков обделки 27 и упорным устройством 14 блокоукладчиком 5 устанавливается следующее кольцо блоков обделки 27 и цикл повторяется.

Использование: относится к горному делу и может быть использовано в щитовых тоннелепроходческих комплексах при строительстве тоннелей со сборной обделкой. Сущность изобретения: тоннелепроходческий щит включает корпус, оболочку, щитовые и опорные гидродомкраты, штоковые полости которых соединены с выходом реверсивного распределителя, а поршневые полости - с выходами соответствующих двухпозиционных распределителей, и упорное устройство, установленное в оболочке щита, содержащее три шарнирно связанные части, соединенные распорным силовым цилиндром, снабженные упругими накладками со стороны кольца обделки и уплотнительными накладками со стороны оболочки и связанные с опорными гидродомкратами посредством сферических шарниров. Упорное устройство соединено с двумя опорными гидродомкратами посредством траверсы, установленной с возможностью перемещения в цилиндрических втулках кронштейнов, закрепленных своими сферическими шарнирами на штоках опорных гидродомкратов, и дополнительно соединено гибкой связью с третьим опорным гидродомкратом, при этом верхние части упорного устройства соединены с траверсой посредством цилиндрического шарнира. Уплотнительные накладки закреплены на выдвижных элементах, установленных в корпусе упорного устройства на регулировочных винтах с возможностью перемещения в радиальном направлении, а входы двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов соединены с вторым входом реверсивного распределителя через обратный клапан и напорный золотник, дренажная линия которого соединена с вторыми выходами двухпозиционных распределителей опорных гидродомкратов, входы которых соединены с вторым выходом реверсивного распределителя через гидрозамок, полость управления которого через дроссель соединена со штоковыми полостями гидродомкратов и со сливом через дополнительный напорный золотник, линия управления которого соединена с вторыми входами двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов и распорного силового цилиндра. 5 ил.

ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ, включающий корпус, оболочку, щитовые и опорные гидродомкраты, штоковые полости которых соединены с выходом реверсивного распределителя, а поршневые полости с выходами соответствующих двухпозиционных распределителей, и упорное устройство, установленное в оболочке щита, содержащее три шарнирно связанных части, соединенные распорным силовым цилиндром, снабженные упругими накладками со стороны кольца обделки и уплотнительными накладками со стороны оболочки и связанные с опорными гидродомкратами посредством сферических шарниров, отличающийся тем, что упорное устройство соединено с двумя опорными гидродомкратами посредством траверсы, установленной с возможностью перемещения в цилиндрических втулках кронштейнов, закрепленных своими сферическими шарнирами на штоках опорных гидродомкратов, и дополнительно соединено гибкой связью с третьим опорным гидродомкратом, при этом верхние части упорного устройства соединены с траверсой посредством цилиндрического шарнира, причем уплотнительные накладки закреплены на выдвижных элементах, установленных в корпусе упорного устройства на регулировочных винтах с возможностью перемещения в радиальном направлении, а входы двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов соединены с вторым входом реверсивного распределителя через обратный клапан и напорный золотник, дренажная линия которого соединена с вторыми выходами двухпозиционных распределителей опорных гидродомкратов, входы которых соединены с вторым выходом реверсивного распределителя через гидрозамок, полость управления которого через дроссель соединена со штоковыми полостями гидродомкратов и со сливом через дополнительный напорный золотник, линия управления которого соединена с вторыми входами двухпозиционных распределителей щитовых гидродомкратов и распорного силового цилиндра.