Горнопроходческие щитовые комплексы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТПМК

Заданная трасса тоннеля в полной мере определяет условия сооружения тоннеля (инженерно-геологические, гидрогеологические, производственные и территориальные) и поэтому может служить достаточным основание при выборе для приобретения или обоснования возможности применения ТПМК.

Выбор комплекса будет выполняться на основе сравнения его области применения и гидрогеологических условий трассы.

В таблице 1 ориентировочно приведены области применения щитов в различных инженерно-геологических условиях.

При расчетах и назначении давления пригруза забоя в общем случае следует учитывать:

- Глубину заложения трассы тоннеля;

- Особенности сложения массива (однородность грунта, наличие пластов с разными физико-механическими свойствами, наличие локальных неоднородностей, коммуникация и пр.);

- Гидрогеологические свойства пород (грунтов), слагающих массив (наличие водоупорных и водоносных слоев);

- Величину давления грунтовых вод (УГВ, действующих напорных горизонтов);

- Физико-механические характеристики грунтов массива;

- Возможные технологические отклонения в сторону уменьшения от номинального значения суммарного давления на забой домкратов передвижки щита (по эксплуатационной документации щита);

Инженерно-геологический разрез по трассе данного тоннеля приведен на рисунке 1.

На основе данных, представленных на разрезе, видно:

1) глубина заложения трассы тоннеля в самой высокой точке горного массива достигает 90 м., а длина тоннеля составляет 2368,40 м.;

2) УГВ проходит выше шелыги свода на 30 м., что объясняет наличие давления грунтовых вод в не водоупорных слоях;

3) На трассе тоннеля преимущественно встречаются грунты скальные. В начале тоннеля по оси трассы располагается змеевик до ПК 3 + 98 м., далее горный массив представлен мергелем мягким до ПК 7 + 94 м., далее до ПК 18 + 33 м. расположен аргиллит крепкий. В оставшейся части массива на протяжении 534,2 м. располагается песок гравелистый;

4) к местам возможного залегания валунов в сечении проходимого тоннеля можно отнести участок залегания гравелистого песка;

5) места возможной встречи с фундаментами старых зданий, топляками и др. отсутствуют;

6) на плане трассы и профильном разрезе зоны разрушения, наличие наземных и подземных сооружений, парков, транспортных магистралей, заповедников отсутствуют;

7) к зонам возможного выполнения с поверхности специальных работ (водопонижение, хим. закрепление, заморозка и т. д.) можно отнести места залегания гравелистых песков, протяженностью 534,2 м.

Исходя из данных, полученных с инженерно-геологического разреза, и данных таблицы 1 для данных ИГУ наиболее предпочтительнее запроектировать машины 2-х типов:

а) 1 тип - машина с роторным исполнительным органом и суспензионным пригрузом;

б) 2 тип - машина с роторным исполнительным органом с комбинированным пригрузом.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Характеристики грунтового массива, в котором будет осуществляться проходка приведены в табл. 1.

Таблица 1. - Характеристики грунтового массива:

Параметры для расчета активного давления пригруза в табл. 2.

Таблица 2. - Параметры проходки:

3. РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ АКТИВНОГО ПРИГРУЗА ЩИТА

По опыту эксплуатации щитов с активным (грунтовым или жидкостным) пригрузом давление пригруза Р определяют по формуле:

Где:

Pw - расчетное значение давления грунтовых вод в забое на рассматриваемом уровне, определяемое по формуле:

Где:

Н - толщина слоя грунта, удельный вес воды (1 т/м. куб.);

Pгор - расчетное значение бокового давления грунта в забое на рассматриваемом уровне.

Значение бокового давления грунта Pгор вычисляют по формуле:

Где:

л - коэффициент бокового давления грунта, вычисляемый по формулам:

- для жестко-пластичной модели:

- для упруго-пластичной модели:

Так как заданы скальные грунты, то вычисляем по формуле 4.

Рверт - вертикальное давление металлической конструкции, вычисляемое по формуле:

Где:

А - характеристическое значение вертикального давления, вычисляемое по формуле:

Где:

z0 - безразмерный параметр высоты слоя, вычисляемый по формуле:

Где:

? - коэффициент внутреннего трения грунта, по формуле:

Где:

r0 - относительный гидравлический радиус грунтового массива, вычисляемый по формуле:

Где:

t - коэффициент опускного столба, вычисляемый по формуле:

Где:

L - протяженность столба грунта вдоль тоннеля, м.;

D - диаметр щита, м.;

г0 - расчетное значение объемного веса грунта, вычисляемое по формуле:

- если слой находится вне уровня грунтовых вод:

- если слой находится в уровне грунтовых вод:

Где:

Ш = 0 - коэффициент кажущегося изменения веса грунта за счет действия в слое внутреннего сцепления.

При вычислении вертикального давления грунта в слоях, проницаемость которых обуславливает свободный водный приток, объемный вес грунта следует учитывать во взвешенном состоянии по формуле:

Где:

гск - удельный вес материала скелета;

е - коэффициент пористости грунта;

h - относительная высота слоя, рассчитывается по формуле:

По данной методике определения активного давления пригруза щиты рассчитан заданный профиль, результаты расчета приведены в табл. 1-2 и рис. 1-5.

Рисунок 1. - Эрюры расчетных давлений в сечении А-А:

Рисунок 2. - Эрюры расчетных давлений в сечении Б-Б:

Рисунок 3. - Эрюры расчетных давлений в сечении В-В:

Рисунок 4. - Эрюры расчетных давлений в сечении Г-Г:

Рисунок 5. - График изменения давления активного пригруза:

На основе анализа по выбору ТПМК и расчета активного давления пригруза щита, можно сказать, опираясь на гидрогеологические и геологические условия, что для них оптимальным решением будет выбор щитовой машины с комбинированным пригрузом, так как на большей части трассы расположены обводненные, но устойчивые скальные грунты, то необходимо создавать воздушный пригруз, а рабочий исполнительный орган - роторный, перед переходом щита в зону гравелистых песков необходим грунтовый пригруз.

4. КОНСТРУКЦИЯ ЩИТА И ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЯ

гидрогеологический эксплуатационный пригруз

Для сооружения тоннелей в аналогичных условиях успешно применялся ТПМК фирмы TAMROCK PDS 740-OS/RM. Щит аналогичной конструкции применяем и в данных геологических и гидрологических условиях (рис. 6).

Рисунок 6. - Tamrock PDS 740-OS/RM:

Проходческий щит состоит из постоянных и съемных элементов, которые монтируются на постоянных элементах или демонтируются с них непосредственно в тоннеле, например, при возникшей необходимости изменения вида пригруза забоя из-за смены инженерно-геологических условий. К постоянным элементам в данном щите относятся шарнирный по длине щитовой корпус, щитовые гидроцилиндры, роторный исполнительный орган с приводом, две герметические диафрагмы, шлюзовая камера. Для перехода в режим грунтового пригруза забоя съемные элементы демонтируют, а вместо них устанавливают конвейер и щитовой конвейер-перегружатель. При встрече с не водоносными грунтами может быть осуществлен переход на открытый режим проходки - без пригруза забоя.

Для этого демонтируют винт конвейера, а вместо него в защитную трубу вводится щитовой конвейер-перегружатель, использующийся в режиме грунтового пригруза. Под концевую часть этого конвейера подводится приемная часть тоннельного конвейера. Таким образом, данный щит может работать в различных режимах проходки. Кроме того, ввиду оснащения щита герметическими диафрагмами и шлюзовой камерой без монтажа съемных элементов может быть осуществлен переход с режима грунтового пригруза на режим проходки с воздушным пригрузом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены. М., Транспорт, 1989.

2. Щиты и щитовые комплексы. Задание на курсовой проект с методическими указаниями ВЗИИТ, М., 1990.

3. Проектирование тоннелей, сооружаемых щитовым способом. Методические указания, ч. 2. Расчет и конструирование проходческого щита. НИИЖТ. Новосибирск, 1990.

4. Лекции по курсу “Щиты и щитовые комплексы”.

Размещено на Allbest.ru