МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ЩИТ Российский патент 2003 года по МПК E21D9/06 

Изобретение относится к тоннелестроению, точнее к сооружению с использованием проходческих щитов тоннелей большой протяженности под морским или речным дном без выемки грунта при условии мелкого залегания щита от дна моря или реки до свода, высота которого колеблется от 1-10 метров в зависимости от типа грунта и профиля дна.

Известен механизированный щит с гидравлической пригрузкой, имеющий кессоную и нормальную зоны и состоящий из режущего органа - планшайбы разработки грунта, оболочки щита для безопасного ведения работ, опорного кольца с механизмами передвижения, главного вала с гидромоторами, призабойной перегородки, домкратов доводки, шлюзового аппарата, уплотнительного устройства для предотвращения попадания грунта в тоннель из забоя и других механизмов /1/.

Недостатками данного устройства является то, что при разработке грунта режущим органом с содержанием в породе крупных фракций галечника и валунов последние ломались, требовали замены, и при определенных гидростатических давлениях происходило обрушение забоя, а также имели место утечки тиксотропной суспензии в грунт и приток грунтовых вод в забой, что приводило к остановке работ и дополнительным работам и затратам. Кроме того, при длине тоннеля более 1 км создавалась необходимость перегрузки грунта в вагонетки, сооружения дополнительных стволов и опускных колодцев. В отдельных случаях создавалась необходимость химического закрепления грунта, введения кессонных работ для дробления больших валунов в призабойной зоне, применение дорогих материалов к тиксотропным и шламовым добавкам, использование дополнительного оборудования и материалов, связанных с аварийными работами.

Задачей изобретения является повышение функциональности и эффективности работы щита.

Поставленная задача решена тем, что механизированный щит, состоящий из элемента разрушения породы, оболочки щита для безопасного ведения работ и размещения механизмов передвижения, установленных на опорном кольце, уплотняющего устройства для предотвращения попадания породы в тоннель, содержит глухую, отделяющую рабочую зону от забоя, перегородку, по периметру которой смонтированы брандспойты, а элемент разрушения породы выполнен в виде конусной планшайбы реверсивного вращения с элементами резания и лопастными ячейками, которые подают разжиженный грунт к сводчатой части щита и создают условия растекания грунта за тоннельное и водное пространства.

В другом варианте выполнения механизированного щита диаметр конусной планшайбы превышает диаметр шита, причем ось щита смещена на величину разницы диаметров.

Благодаря конусной конструкции планшайбы, использованию воды, подаваемой под давлением, и глухой перегородке изменяется технология производства работ, исключается гидравлическая (тиксотропыая), грунтовая (шламовая) пригрузки в грунт и выдача грунта комплексом механизмов по трубам на поверхность. Реверсивное вращение планшайбы исключает заклинивание планшайбы и ее поломки. По трубопроводу подается вода под напором по всему периметру режущей части планшайбы, грунт размывается с илом и благодаря лопастным ячейкам при вращении планшайбы поднимается к сводной части щита, создавая условия разрушения верхнего слоя грунта и соответственно возможности продвижения щита. Благодаря образованию в забое разжиженного грунта он растекается за тоннельное и водное пространство.

При плотной монолитности грунта большой протяженности используется щит со смещенной осью щита к сводной части, при этом диаметр планшайбы превышает диаметр щита на величину смещения для создания забойного пространства.

Предлагаемое устройство поясняется графическими материалами.

На фиг.1 изображено продольное сечение щита. На фиг.2 - поперечное сечение А-А, на фиг.3 - поперечное сечение В-В, на фиг.4 - вариант поперечного сечения щита со смещенной осью, на фиг.5 - поперечное сечение С-С, на фиг.6 - поперечное сечение D-D.

Механизированный щит состоит из конусной планшайбы 1, являющейся режущим органом щита, с лопастными ячейками 2 и резцами 3. Брандспойты 4 размещены по всему периметру глухой перегородки 5, отделяющей забой от рабочей зоны. Щит оснащен ножевым кольцом 6 удлиненной формы. Конструкция щита включает шестерни 7, реечные домкраты 8, осуществляющие реверсивное вращение, главный вал 9, домкраты подачи 10 планшайбы 1, опорное кольцо щита 11, трубопровод воды 12, опорные стойки 13 для подачи планшайбы 1, домкратов продвига щита 14, оболочки щита 15. Щит также содержит уплотняющее устройство 16, предотвращающее попадание грунта в тоннель и охватывающее блочную обделку тоннеля 17.

Устройство работает следующим образом. К работе приступают, включая планшайбу 1 и трубопровод воды 12. Вода под напором из брандспойтов 4 размывает и часть щита, освобождая пространство для продвижения щита. Домкраты подачи 10 подают планшайбу 1 вперед и создают условия для продвига щита домкратами 14. Учитывая мелкое заложение тоннеля в грунте под воздействием давления воды моря на верхнюю сводчатую часть щита, свод обрушивается, образуя котлован разжиженного грунта и это позволяет при реверсивном вращении планшайбы 1 избегать заклинивания и продвигать щит домкратами продвига 14 вперед на забой. Разжиженный грунт, перемешиваясь с илом, растекается и уплотняется за тоннельное пространство. Уплотняющее устройство 16, работая как манжета, давит совместно с грунтом на внешнюю сторону тюбинговой или какой-либо другой обделки тоннеля, предотвращая попадание грунта в тоннель. При монолитном грунте повышенной плотности и большой протяженности его используют щит со смещенной осью щита к сводной части.

Источники информации
1. Патент РФ 2151296, кл. E 21 D 9/08, опубл. 20.06.2000.

Изобретение относится к тоннелестроению, точнее, к сооружению с использованием проходческих щитов тоннелей большой протяженности под морским или речным дном без выемки грунта при условии мелкого залегания щита от дна моря или реки до свода, высота которого колеблется от 1-10 м в зависимости от типа грунта и профиля дна. Задачей изобретения является повышение функциональности и эффективности работы щита. Механизированный щит состоит из элемента разрушения породы, оболочки щита для безопасного ведения работ и размещения механизмов передвижения, установленных на опорном кольце, уплотняющего устройства для предотвращения попадания породы в тоннель и содержит глухую, отделяющую рабочую зону от забоя, перегородку, по периметру которой смонтированы брандспойты. Элемент разрушения породы выполнен в виде конусной планшайбы реверсивного вращения с элементами резания и лопастными ячейками, которые подают разжиженный грунт к сводчатой части щита и создают условия растекания грунта за тоннельное и водное пространства. Диаметр конусной планшайбы может превышать диаметр щита, причем в этом варианте выполнения ось щита смещена на величину разницы диаметров. 1 з.п.ф-лы. 6 ил.

1. Механизированный щит, состоящий из элемента разрушения породы, оболочки щита для безопасного ведения работ и размещения механизмов передвижения, установленных на опорном кольце, уплотняющего устройства для предотвращения попадания породы в тоннель, отличающийся тем, что содержит глухую, отделяющую рабочую зону от забоя, перегородку, по периметру которой смонтированы брандспойты, а элемент разрушения породы выполнен в виде конусной планшайбы реверсивного вращения с элементами резания и лопастными ячейками. 2. Механизированный щит по п. 1, отличающийся тем, что диаметр конусной планшайбы превышает диаметр щита, причем ось щита смещена на величину разницы диаметров.