УСТРОЙСТВО ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ В СЛАБОУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ МЕТОДОМ ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ КРЕПИ Российский патент 1997 года по МПК E21D9/00 E21D13/04 

Изобретение относится к подземному строительству, а непосредственно к устройствам для сооружения тоннелей глубокого заложения методом опережающей крепи.

Известна баровая подрезочная машина, состоящая из портальной направляющей рамы, перемещающейся по ней каретке с гидромотором и редуктором, баровой исполнительный орган с электродвигателем и редуктором, выдвижную перегородку между баром и соплом, опорно-направляющий механизм сопла, гидравлические механизмы осевой подачи бара, перегородки, сопла, механизм рельсового хода, насосную станцию гидросистемы, подвесное сиденье машиниста с устройством управления и индикаторами [1]
Недостатками этой машины являются: необходимость установки в начале заходки стальных арочных подхватов; отсутствие устройства для сооружения постоянной крепи; низкая производительность.

Известна портальная машина для подрезки контурной щели, состоящая из гусеничной опорно-ходовой части, направляющей металлоконструкции арочного очертания и перемещающейся по ней каретки с баровым исполнительным органом [2]
Известен проходческий комплекс для работы в крепких скальных грунтах с подрезкой контурной щели с использованием высоконапорных водяных струй, включающий гидромеханизированное щелерезное устройство на опоре, гидроимпульсное устройство на стреловом манипуляторе, породопогрузочный гидравлический экскаватор, транспортер и крепеукладчик с механизмом сегментов [3]
Недостатком этого комплекса являются: недопустимо высокая энергоемкость; сложность; недостаточно высокая производительность; невозможность использования в выработках ограниченного объема.

Известно устройство для одновременного прорезания щели и сооружения монолитной оболочки, включающее базовую машину со стрелой и смонтированный на стреле щелепрорезной рабочий орган, в корпусе которого выполнен канал с соплами для подвода бетонного раствора [4]
Недостатком такого устройства является то, что оно не может быть применено для сооружения в подрезной щели однородной, без включения породы, монолитной оболочки с требуемой высокой несущей способностью, необходимой для восприятия горного давления пород и предохранение проходчиков от обрушения пород при разработке и выемке ядра под прикрытием сооруженной оболочки, поскольку при одновременно вращательном и поступательном движении, т.е. при резании боковой поверхностью, исполнительный орган не сможет выносить штыб грунта из щели, который будет осыпаться в щель из-за увеличения зазора между перемещаемым исполнительным органом и образующейся задней стенкой щели, а связующий раствор, подаваемый через сопла в исполнительном органе будет распространяться радиально относительно поверхности трубы исполнительного органа и связывать разрыхлительную породу по всему сечению прорезаемой щели.

В результате того, что образованная этим устройством неоднородная монолитная оболочка не обладает необходимой несущей способностью, технология выемки грунта ядра породы под защитой сооружений в щели оболочки не может быть применена, так как она будет раздавлена повышенным горным давлением в неустойчивых горных породах.

Кроме того, исполнительный орган этого устройства выполнен прямолинейным и при его применении для проходки тоннелей он сможет сооружать только короткие, равные длине исполнительного органа цилиндрические оболочки и при сооружении последующих цилиндрических оболочек обделки их стыки будут образовываться уступами (внахлестку) из-за чего с каждой последующей заходкой сечение тоннеля будет уменьшаться, что недопустимо, так как тоннели имеют заданные габариты сечения.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его эффективности.

Указанная цель достигается тем, что на самоходной раме смонтированы передняя и задняя дуговые направляющие одного диаметра, в которых с каждой стороны тоннеля установлена подвижная каретка с консолью и приводом перемещения, шарнирно соединенная с продольной подъемной рамой с пазами, в которых установлена подрезочная машина, снабженная гидроцилиндрами продольного перемещения, соединенными с продольной подъемной рамой, на каждой каретке установлен подъемный гидроцилиндр, одним концом опертый на консоль каретки, а другим связанный с продольной подъемной рамой с возможностью качательных движений, каждая подрезочная машина выполнена с возможностью поворота режущего органа в плоскости резания под прямым углом и прорезания штробы подошве тоннеля вдоль его стены.

Заявленное устройство является новым, так как оно не известно из уровня техники.

Заявленное устройство имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Заявленное устройство является промышленно применимым, так как оно может быть использовано для сооружения тоннелей метрополитенов, транспортных тоннелей и других подземных сооружений.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез устройства для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи, на фиг. 2 продольный разрез этого устройства.

Устройство для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи содержит самоходную портальную раму 1, на которой смонтированы передняя 2 и задняя 3 дуговые направляющие одного диаметра, в которых с каждой стороны туннеля установлена подвижная каретка 4 с консолью и приводом перемещения 5, соединенная посредством шарнира 6 с предельной подъемной рамой c пазами 7, в которых установлена подрезочная машина 8, снабженная гидроцилиндрами продольного перемещения 9, соединенными с продольной подъемной рамой 7. На каждой каретке установлен подъемный гидроцилиндр 10, одним концом опертый на консоль каретки 4, а другим связанный с продольной подъемной рамой 7 с возможностью качательных движений.

Каждая подрезочная машина 8 выполнена с возможностью поворота режущего органа под прямым углом в плоскости резания и прорезания штробы 11 в подошве тоннеля вдоль его стены.

Устройство для сооружения тоннелей работает следующим образом.

Самоходную портальную раму 1 устанавливают в исходное положение. Правую или левую подрезочную машину 8 на холостом ходу подводят к шелыге свода. Режущий орган подрезочной машины-бар с задним углом резания от 6^o до 9^o внедряют в породу. Движением по дуговым направляющим от шелыги свода к подошве тоннеля прорезают щель 12 по контуру забоя до горизонтального диаметра. В плоскости резания поворачивают бар на 90^o и вырезают штробу 11 ниже подошвы штольни вдоль ее стены. Затем бар возвращают в исходное положение, а подрезочную машину 8 в пазах продольной подъемной рамы 7 отводят назад. В щель ставят торцевую пневмоопалубку и снизу вверх нагнетают быстросхватывающийся цементопесчаный раствор.

С интервалом времени, необходимым для схватывания растра, подрезочную машину с другой стороны тоннеля подводят на холостом ходу к границе вновь созданной опережающей крепи, внедрит бар в породу и прорезают щель по контуру забоя от шелыги свода до горизонтального диаметра. В плоскости резания поворачивают бар на 90^o и вырезают штробу 11 ниже подошвы штольни вдоль ее стены. Затем бар возвращают в исходное положение, а подрезочную машину 8 в пазах продольной подъемной рамы 7 отводят назад. В щель ставят торцевую пневмоопалубку и нагнетают быстросхватывающийся цементно-песчаный раствор. Затем с интервалом времени, необходимым для схватывания, набора прочности раствора вновь созданной опережающей крепи практически около 6 ч под ее защитой разрабатывают забой на одну заходку. Затем цикл сооружения тоннеля повторяется. Толщина опережающей крепи около 15 см сопоставима с толщиной сборной обделки. Скорость проходки около 30 м/мес. По сравнению с известными устройствами для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи предложенное устройство обладает следующими новыми свойствами. То, что на самоходной портальной раме смонтированы передняя и задняя дуговые направляющие одного диаметра, в которых с каждой стороны тоннеля установлена подвижная каретка с консолью и приводом перемещения, шарнирно соединенная с продольной подъемной рамой и пазами, в которых установлена подрезочная машина, снабженная гидроцилиндрами продольного перемещения, соединенными с продольной подъемной рамой, на каждой каретке установлен подъемный гидроцилиндр, одним концом опертый на консоль каретки, а другим связанный с продольной подъемной рамой с возможностью качательных движений обеспечивает нарезание щели с заданными параметрами по проектному контуру, позволяет соорудить опережающую крепь с заданными параметрами, обеспечить устойчивое состояние породного массива, отсутствие деформации в опережающей крепи, минимальные осадки дневной поверхности.

Качательные движения продольной подъемной рамы дают возможность изменять угол резания в диапазоне от 6^o до 9^o и изменять толщину опережающей крепи, что позволяет использовать временную крепь в качестве постоянной при сооружении вспомогательных выработок подходных и вентиляционных тоннелей.

То, что каждая подрезочная машина выполнена с возможностью поворота режущего органа под прямым углом в плоскости резания и прорезания штробы в подошве тоннеля вдоль его стены обеспечивает замыкание опережающей крепи, исключает развитие горного давления, исключает деформации в опережающей крепи, сводит до минимума осадки дневной поверхности.

Предложенное устройство для сооружения тоннелей позволяет эффективно сооружать тоннели метрополитена глубокого заложения, камеры съезда, вспомогательные выработки в слабоустойчивых грунтах в условиях плотной городской застройки с минимальными осадками дневной поверхности.

Использование опытного образца устройства при сооружении опытного участка на метрополитене в Санкт-Петербурге показало, что деформации опережающей крепи и осадки дневной поверхности раны 0.

Источники информации
1. Искусственные сооружения УДК 624.191.2 179 180. Применение метода подрезки контурной щели при проходке тоннелей в Японии "КЭНСЭЦУ НО КИКАЙКА, 1982, N 2 15 23 (япон) "КЭНСЭЦУКИКАЙ", 1982, N 7, 53 58 (япон), "Транспортное строительство", М. 1979, N 12, с. 52.

2. УДК 624.191.2. Развитие метода подрезки контурной щели при строительстве тоннелей. М.И.Карамышев, С.Э.Черняховская (СКТБ Главтоннельметростроя). По материалам зарубежной печати. "Транспортное строительство", М. 1979, N 12, с. 52 53 прототип.

3. УДК 624.191.2 Развитие метода подрезки контурной щели при строительстве тоннелей. М.И.Карамышев, С.Э.Черняховская (СКТБ Главтоннельметростроя) по материалам зарубежной печати.

4. Авторское свидетельство СССР N 907261, кл. E 21 D 9/00, БИ N 7 опубл. 23.02.82. "Устройство для одновременного прорезения щели и сооружения монолитной оболочки".

Использование: при сооружении тоннелей глубокого заложения методом опережающей крепи. Сущность изобретения: устройство для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи имеет самоходную портальную раму, на которой смонтированы передняя и задняя дуговые направляющие одного диаметра, в которых с каждой стороны тоннеля установлена подвижная каретка с консолью и приводом перемещения, шарнирно соединенная с продольной рамой с пазами, в которых установлена подрезочная машина, снабженная гидроцилиндрами продольного перемещения, соединенными с продольной рамой, на каждой каретке установлен подъемный цилиндр, одним концом опертый на консоль каретки, а другим связанный с продольной подъемной рамой с возможностью качания, каждая подрезочная машина выполнена с возможностью поворота режущего органа в плоскости резания под прямым углом и прорезания штробы в подошве тоннеля вдоль его стенки. 2 ил.

Устройство для сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи, включающее установленное на самоходной портальной раме устройство для нарезания щели по контуру забоя с направляющей арочной металлоконструкцией, отличающееся тем, что на самоходной портальной раме смонтированы передняя и задняя дуговые направляющие одного диаметра, в которых с каждой стороны тоннеля установлена подвижная каретка с консолью и приводом перемещения, шарнирно соединенная с продольной подъемной рамой с пазами, в которых установлена подрезочная машина, снабженная гидроцилиндрами подпольного перемещения, соединенными с продольной подъемной рамой, на каждой каретке установлен подъемный гидроцилиндр, одним концом опертый на консоль каретки, а другим связанный с продольной подъемной рамой с возможностью качательных движений, каждая подрезочная машина выполнена с возможностью поворота режущего органа под прямым углом в плоскости резания и прорезания штробы в подошве тоннеля вдоль его стены.