ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА ОВАЛЬНОЙ ФОРМЫ Российский патент 2009 года по МПК E21D9/87 E21C27/24 

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитам, и может быть использовано при проходке тоннелей транспортного и коммунального назначения рациональной - овальной - формы сечения.

Известен роторный исполнительный орган проходческого щита в виде планшайбы [1].

Недостатком этого исполнительного органа является возможность проходки тоннеля только круглого сечения, которое не всегда рационально, например, полезная площадь трехполосного автодорожного тоннеля составляет 48% всего сечения.

Известен роторно-планетарный исполнительный орган проходческого щита, позволяющий разрабатывать забой овальной формы поперечного сечения, включающий центрально расположенный роторный элемент-планшайбу и планетарный механизм, объединяющий три поворотных руки, каждая из которых снабжена роторной режущей головкой, обеспечивающий расширение сечения из круглого в овальное [2].

Недостатком данного устройства является его сложность, оно не контактирует с забоем по всей его поверхности, что отрицательно влияет на устойчивость забоя, а также этот роторно-планетарный рабочий орган не позволяет стабильно сохранять свое положение при передвижке щитового комплекса.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение проходки тоннеля оптимальной овальной формы поперечного сечения при снижении затрат на разработку породы, а также создание условий для максимальной механизации и автоматизации всех производственных процессов при сооружении тоннеля.

Это достигается тем, что исполнительный орган проходческого щита включает центральный роторный рабочий орган в виде планшайбы, рабочие органы для получения овальной формы сечения тоннеля, выполненные в виде двух боковых и двух вертикальных рабочих органов барабанного типа, при этом каждый боковой рабочий орган выполнен в виде тела вращения, размещенного относительно горизонтальной главной центральной оси сечения тоннеля, с дугообразной образующей, соответствующей своду, половине боковых сводов и окружностям их сопряжения, а торцевые поверхности вертикальных рабочих органов барабанного типа соответствуют своду и обратному своду тоннеля с породообразующими инструментами на внешних поверхностях, центральный рабочий орган установлен посредством подшипника на оси, расположенной в центре тяжести проходческого щита, которая одновременно является направляющей исполнительного органа, причем боковые рабочие органы и вертикальные рабочие органы установлены посредством подшипников на своих осях, связанных консольно жестко с направляющей, при этом каждый из упомянутых рабочих органов имеет привод, а механизм перемещения выполнен в виде гидравлических домкратов.

Предлагаемый исполнительный орган щита позволяет также влиять на положение овального сечения тоннеля при передвижке щитового комплекса путем изменения направления вращения рабочих органов. Здесь необходимо заметить, что все механизированные щиты имеют тенденцию вращаться при передвижке относительно своей продольной оси в силу разных причин, среди которых можно назвать силу тяжести, смещение центра тяжести вдоль продольной оси щита в результате недочетов при проектировании и изготовлении, в результате реакции забоя при одновременной его разработке рабочим органом и др.

При проходке тоннеля круглой формы поперечного сечения это не оказывает решающего значения на сооружение тоннеля, т.к. при повороте щита вокруг своей продольной оси его оболочка, на которой собирается очередное кольцо, остается круглой.

При проходке тоннеля овальной формы поперечного сечения, вытянутой относительного горизонтальной (вертикальной) оси, сохранение стабильного положения сечения тоннеля играет решающее значение, так как это может привести к браку. Например, автодорожный тоннель с многополосным движением транспортных средств овальной формы поперечного сечения должен быть вытянут вдоль горизонтальной оси при соблюдении габарита приближения строения по всей его длине. Для соблюдения этого условия необходимо, чтобы:

- ширина дорожной полосы была 4 м;

- высотный габарит был 5 м;

- тротуары 1 м и 0,75 м;

- при повороте тоннеля дорожное полотно имело наклон и т.д.

На фиг.1 показан ТПМК (тоннелепроходческий механизированный комплекс) с предлагаемым исполнительным органом.

На фиг.2 показан вид исполнительного органа ТПМК со стороны забоя.

На фиг.3 показан один рабочий орган барабанного типа ТПМК.

На фиг.4 показан боковой элемент рабочего органа ТПМК.

На фиг.5 показан продольный разрез бокового рабочего органа ТПМК.

Исполнительный орган проходческого щита состоит из центрального роторного рабочего органа в виде планшайбы 1 и двух боковых рабочих органов 2 и 3, каждый из которых выполнен в виде тела вращения относительно горизонтальной главной центральной оси сечения тоннеля дугообразной образующей, соответствующей своду, половине боковых сводов и окружностям их сопряжения, двух вертикальных 4 и 5 рабочих органов барабанного типа, торцевые поверхности которых соответствуют своду и обратному своду тоннеля, приводы каждого рабочего органа находятся внутри, что позволяет осуществлять их обслуживание и ремонт. На внешней поверхности рабочих органов закреплены породоразрушающие инструменты: шарошки 6, резцы 7 и скребки 8 (см. фиг.1, 2, 3, 4). При проходке в прочных породах рабочие органы оснащают шарошками и скребками, в породах средней прочности - резцами и скребками, а в слабых породах - скребками. Исполнительный орган проходческого щита отделен герметической диафрагмой 9, что позволяет вести проходку в сложных гидрогеологических условиях с породным или суспензионным пригрузом забоя.

Щитовой корпус может быть шарнирным (не показан), что увеличивает скорость проходки на 25-30% за счет непрерывной разработки породы без остановки на монтаж обделки и (при необходимости) позволяет проходить тоннель на криволинейных участках с радиусами закругления менее 100 метров.

Центральный роторный рабочий орган 1 установлен посредством подшипника на оси, расположенной в центре тяжести проходческого щита, которая одновременно является направляющей исполнительного рабочего органа, рабочие органы 2, 3, 4 и 5 (см. фиг.1, 2, 3, 4) установлены посредством подшипников на своих осях, связанных консольно жестко с направляющей каждый на двух подшипниках 10 (фиг.5), внутренний диаметр которых около двух метров, что позволяет обслуживающему персоналу через подшипник свободно попасть внутрь рабочих органов. Привод каждого рабочего органа может быть гидравлический или электрический с терристерным управлением по следующей схеме: зубчатая рейка 11, закрепленная жестко к внутренней поверхности рабочего органа, с ней находится в зацеплении звездочка 12 привода, закрепленного на его неподвижной оси и состоящего из редуктора 13 и электрического или гидравлического двигателя (ось рабочего органа не показана).

Перемещение исполнительного органа на забой может осуществляться двумя способами:

- путем воздействия гидравлических домкратов исполнительного органа (не показаны) на направляющую 15;

- путем передвижки всего щитового комплекса (ТПМК) с отталкиванием от обделки тоннеля 16 щитовыми домкратами 17 или от второй секции щита, распертой в окружающий горный массив греперами при шарнирном корпусе щита.

Исполнительный орган проходческого щита работает следующим образом.

Одновременно включают приводы всех рабочих органов, затем подают исполнительный орган на забой гидродомкратами 14 (фиг.1). Причем при породном пригрузе разрушенная порода в рабочей зоне между забоем и герметической диафрагмой пластифицируется специальными гидродобавками, которые подаются в необходимом объеме в рабочую зону рассредоточенно по всему ее объему. Давление пригруза постоянно контролируется и поддерживается равным гидродавлению забоя путем, с одной стороны, выдачи породы шнековым перегружателем, с другой стороны, соответствующей передвижкой щита на забой.

При гидропригрузе за герметическую диафрагму подается по трубам раствор бентонитовой глины и сжатый воздух, которые обеспечивают необходимый пригруз забоя в неустойчивых породах. При этом жидкая смесь разрушенной породы и бентонитовой глины выдается на поверхность насосами по трубам, где производят отделение бентонитовой глины и воды от породы. После этого раствор бентонитовой глины подается в рабочую зону по трубам для повторного использования, а порода самосвалами вывозится на свалку.

Источники информации

1. В.П.Волков, С.Н.Наумов, А.Н.Пирожкова, В.Г.Храпов. «Тоннели и метрополитены». Москва, «Транспорт», 1975.

2. В.П.Самойлов, B.C.Малицкий. «Новейшая японская техника щитовой проходки тоннелей».

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитам, и может быть использовано при сооружении автодорожных, железнодорожных и коммунальных тоннелей. Технический результат - обеспечение проходки тоннеля оптимальной овальной формы поперечного сечения, а также создание условий для максимальной механизации и автоматизации всех производственных процессов при сооружении тоннеля. Исполнительный орган проходческого щита включает центральный роторный рабочий орган в виде планшайбы, рабочие органы с породоразрушающими инструментами на внешней поверхности для получения овальной формы сечения тоннеля, привод рабочих органов и механизм перемещения. Рабочие органы для получения овальной формы сечения тоннеля выполнены в виде двух боковых и двух вертикальных рабочих органов барабанного типа. Каждый боковой рабочий орган выполнен в виде тела вращения, размещенного относительно горизонтальной главной центральной оси сечения тоннеля, с дугообразной образующей, соответствующей своду, половине боковых сводов и окружностям их сопряжения. Торцевые поверхности вертикальных рабочих органов барабанного типа соответствуют своду и обратному своду тоннеля. Центральный рабочий орган установлен посредством подшипника на оси, расположенной в центре тяжести проходческого щита, которая одновременно является направляющей исполнительного органа. Причем боковые рабочие органы и вертикальные рабочие органы установлены посредством подшипников на своих осях, связанных консольно жестко с направляющей. При этом каждый из упомянутых рабочих органов имеет привод, а механизм перемещения выполнен в виде гидравлических домкратов. 5 ил.

Исполнительный орган проходческого щита, включающий центральный, роторный рабочий орган в виде планшайбы, рабочие органы с породоразрушающими инструментами на внешней поверхности для получения овальной формы сечения тоннеля, привод рабочих органов и механизм перемещения, отличающийся тем, что рабочие органы для получения овальной формы сечения тоннеля выполнены в виде двух боковых и двух вертикальных рабочих органов барабанного типа, при этом каждый боковой рабочий орган выполнен в виде тела вращения, размещенного относительно горизонтальной главной центральной оси сечения тоннеля, с дугообразной образующей, соответствующей своду, половине боковых сводов и окружностям их сопряжения, а торцевые поверхности вертикальных рабочих органов барабанного типа соответствуют своду и обратному своду тоннеля, центральный рабочий орган установлен посредством подшипника на оси, расположенной в центре тяжести проходческого щита, которая одновременно является направляющей исполнительного органа, причем боковые рабочие органы и вертикальные рабочие органы установлены посредством подшипников на своих осях, связанных консольно жестко с направляющей, при этом каждый из упомянутых рабочих органов имеет привод, а механизм перемещения выполнен в виде гидравлических домкратов.