SU54054A1 - Щит дл проходки тоннелей и подземных трубопроводов - Google Patents

Description

В насто щее врем  известны щиты дл  тоннельных подземных работ, в которых разработка грунта в забое производитс  механизированным способом . По мере выемки породы помощью домкратов производитс  передвижка щита; при этом домкраты упираютс  в кольцо выполненной уже облицовки.

Существующие конструкции бетонных и железобетонных облицовок тоннелей и способы производства их работ имеют р д серьезных недостатков .

Как правило, железобетонные облицовки тоннелей армируютс  кольцевой (спиральной) арматурой и при определении точных размеров облицовки рассчитываютс  как упругое кольцо. Така  система облицовки всегда требовала весьма интенсивного армировани  или же при слабом армировании приходилось чрезмерно увеличивать толщину облицовки. Во многих случа х армирование приходилось осуществл ть равномерно по всему кольцу, так как нельз  было предугадать заранее место и направление возникновени  горного давлени  (это особенно касаетс  средних и неоднородных грунтов).

Дл  тоннелей, будь то тоннель метрополитена или трубопровод, во всех случа х от облицовки требуетс  водонепроницаемость . Эта водонепроницаемость достигаетс  качествами самого бетона и в некоторых случа х специальными сло ми изол ции.

Дл  тоннелей в твердых скальных грунтах применение вибраторов обычного типа дл  укладки бетона в облицовке улучщает несколько его качество , но метод труден в производстве в виду малой доступности пространства укладки (под опалубкой ), и облицовка, выполненна  таким образом, имеет много слабых мест.

В средних и м гких породах, когда работы выполн ютс  щитом, вс ка  укладка бетона на месте исключаетс  в виду необходимости часто опирать щит при перемещении на окрепщий бетон облицовки. В этом случае облицовка ведетс  бетонными блоками, заранее заготовленными на заводе. Услови  завода позвол ют применить все современные способы получени  высокопрочного бетона. Однако

дл  водонепроницаемости облицовки необходимо, чтобы швы блочной кладки были также водонепроницаемыми.

Щит при своей проходке оставл ет за собой облицовку в виде кольцевой кладки из блоков, котора  по внешнему диаметру равна внутреннему диаметру щита. Следовательно по мере выхода из щита, облицовка ни на что не опираетс  и отделена от грунта воздушным кольцевым промежутком .

Во избежание просадки облицовки или вывалов грунта, угрожающих тоннелю разрушением в результате возникновени  горного давлени , за облицовку производитс  нагнетание цементного раствора. Однако, даже при самом тщательном выполнении нагнетани  весьма обеспечить всестороннее равномерное заполнение воздушного промежутка. Кроме того, сам цементный раствор, в виду излишка в нем воды, обладает низкими качествами водонепроницаемости.

Самый процесс нагнетани , с точки зрени  прочности  вл етс  совершенно лищней операцией, так как образуема  нагнетанием неравномерна  корка цементного камн  нигде в расчетах не учитываетс .

Дл  получени  облицовки тоннел  наибольщей водонепроницаемости и прочности известно применение вибро-прессовани  бетона в замкнутой коробке с электропрогревом его. Дл  применени  вибро-прессовани  необходимо пользоватьс  специально подобранным бетоном.

Подвижность бетона определ етс  его консистенцией. В производственных услови х образовани  тоннельных облицовок или подземных трубопроводов бетон подаетс  в формы, замкнутые со всех сторон.

При таких обсто тельствах подача .осуществл етс  помощью бетононасоса , который .может не только подать бетон, но и создать в нем нужное внутреннее давление. Однако, при применении бетононасоса об зательным условием  вл етс  приготовление литого бетона. Такой бетон требует излишнего расхода цемента и после отвердевани  характеризуетс  пористостью . Образованию пор(воздущных

или вод ных) способствует излишек воды в бетоне. Примен   в укладке вибро-прессование дл  достижени  большей плотности бетона необходимо , чтобы в оболочках форм имелось достаточное количество щелей или отверстий, через которые вода могла бы свободно просачиватьс , задержива  раствор.

В таких случа х примен ютс  особые ткани, которые помещаютс  между оболочкой формы и бетоном; , однако, в этих случа х необходимо производить распалубку до начала схватывани  бетона, а это легко осуществить на заводе и трудно в услови х производства. При выполнении облицовки тоннелей из вибро-прессованного бетона трудно рассчитывать на существенное изменение консистенции в результате инъекции раствора в случайные трещины породы тоннел  (которых может и не бытЬ) или в грунт. Кроме того в результате вибро-прессовани  пластичного бетона создаетс  серьезна  угроза расслоени  бетона, и самый бетон получаетс  недостаточно плотным.

Необходимо также отметить некоторые трудности транспортировки бетона бетононасосом при крупном щебне.

Наконец, неудобства создаютс  изза периодичности подачи самого бетона , в результате чего после каждой порции подачи на объем бетонировки необходима промывка всех труб (с выкидкой излищне поданного бетона). Бетононасос же хорошо работает лишь при длительной непрерывной подаче.

При применении предложенного щита имеетс  в виду использовать жесткий бетон, который характеризуетс  малым количеством воды. Однако , его подвижность вполне доста точна, когда на него воздействует вибраци . Здесь нет необходимости ориентироватьс  на породу и на поглощение ею воды (что вообще сомнительно ), так как в щели породы, если такие есть, будет нагнетатьс  раствор, а не вода. При длительном вибрировании жесткого бетона нет опасности расслаивани . Транспорт такого бетона легко осуществл етс 

ленточным транспортером и вибрирующими шнеками.

Еще в больщей степени все сказанное относитс  к бетонированию облицовки в щите при средних и м гких породах. В предлагаемой схеме бетон в запрессованном состо нии укладываетс  непосредственно на грунте и его жесткость служит гарантией, преп тствующей смещению бетона с грунтом.

Указанные недостатки обыкновенных щитовых работ устран ютс  предлагаемым щитом.

Устройство и оборудование щита допускает производить не только одновременную и независимую выемку породы и продвижение щита, но и бетонировку оолицовки в виде непрерывной бетонной или железобетонной оболочки из вибро-прессованного бетона. Дл  образовани  облицовки жесткий бетон подают в разжиженном вибрацией состо нии в пространство облицовки и по заполнении его прессуют.

В период прессовани  вибраци  еще продолжаетс  и этим обеспечиваетс  интенсивное и равномерное уплотнение бетона. В это врем  кольцевое устройство щита, отдел ющее бетон от породы, отодвигаетс , и бетон тем же прессующим давлением плотно прижимаетс  к окружающей породе. Вибраци  вскоре прекращаетс ,а прессующее давление (в 8-10 атмосфер) поддерживаетс  на все врем  ускоренного схватывани  бетона, т.е. втечение 3-4 часов. Ускоренное схватывание осуществл етс  добавкой хлоркальци  (2%) и интенсивным электропрогревом при температуре 60-70 .

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез щита в тоннеле в исходном положении; фиг. 2-то же в период подготовки к бетонированию облицовки; фиг. 3--то же в период бетонировани  облицовки; фиг. 4- поперечный разрез щита по AS на фиг. 1; фиг. 5-то же по CD на фиг. 1, фиг. 6-концевое уплотнение кожуха щита; фиг. 7-уплотнение хвостовой цилиндрической части и фиг. 8-частичный продольный разрез щита с приспособлением дл  установки напр женной арматуры.

Предлагаемый щит состоит из наружного цилиндрического кожуха 1 (фиг. 1 - 5), к которому телескопически подвижно прикреплены хвостова  цилиндрическа  часть 2 и полый сердечник 3, образующие между собою кольцевое пространство 4 дл  бетонировани  облицовки.

Наружный цилиндрический кожух / представл ет собой нормальный щит, оборудованный гидравлическими домкратами 5 дл  перемещени  и вращающимс  баром 5 дл  выемки породы.

В задней части кожуха / устроено концевое уплотнение 7 (фиг. 1 и 6), оборудованное резиновым щлангом 8, наполненным водой и защищенным металлическим кольцом 9.

Гидравлические домкраты 5 заключают в себе цилиндры с полыми плунжерами 10, насаженными на основные валы // посредством винтовых нарезок.

Дл  приема и вывозки снимаемой баром породы щит снабжен ленточным транспортером 12. Транспортер имеет компенсационную каретку /5, котора   вл етс  нат жным приспособлением ленты и одновременно компенсирует длину ее при перемещении кожуха щита в то врем , как сердечник неподвижен.

Механизм привода 29, вращающий бар 6 приводит также в движение и механизмы 30 перемещени  хвостового цилиндра, сердечника и вибрирующих шнеков. Здесь же имеетс  включающее приспособление, так что, по желанию, можно иметь раздельную или совместную работу бара и других механизмов.

Хвостова  цилиндрическа  часть 2 щита представл ет собой металлическую сварную оболочку, имеющую диаметр меньще, чем кожух, так что она свободно (с зазором) входит в него. Задн   часть хвостовой цилиндрической части 2снабл ена расшир ющимс  уплотнением 14 (фиг. 1 и 7), состо щим из резинового щланга 15, защищенного металлическим кольцом 16.

Хвостова  цилиндрическа  часть 2 подвижно посажена на направл ющих валах 17 и может перемещатьс  по этим направл ющим при помощи винтовых гаек, составл юш,их с ними

ОДНО целое. Заодно с хвостовым цилиндром перемещаютс  и вибрирующие щнеки 18.

Сердечник 3 щита представл ет собой сплошной или рещетчатый цилиндр с диаметром, несколько меньшим внутреннего сечени  тоннел  или трубопровода.

В задней своей части на него надет резиновый мешок 19, который служит дл  создани  необходимого трени  между сердечником 3 и выведенной частью облицовки 22; кроме того может быть применен второй аналогичный мешок 24, расположенный впереди мешка 19 и служащий дл  прессовани  бетона в радиальном направлении по известному способу , описанному в авторском свидетельстве № 54113 (за вка № ТП-3044).

В передней части на сердечнике 3 в бронзовых подшипниках закреплены основные направл ющие и перемещающие валы 11 и 17.

В средней части на сердечнике установлены вибрирующие шнеки /5.

Вибрирующие шнеки 18 осуществл ют одновременно подачу и вибрирование бетона над прессующим мещком 24.

На сердечнике имеетс  подвижное устройство, св занное с мотором кожуха щита. Тут же расположены механизмы включени  опорных и перемещающих винтов и вибрирующих шнеков . Шнеки жестко соединены подшипником с хвостовой цилиндрической частью и поэтому поступательное их движение св зано с этой цилиндрической частью.

Сердечник оборудован центробежным насосом и прибором дл  подн ти  и поддержани  нужного давлени  в резиновых мешках и в шлангах уплотнений.

В свободной половине сердечника расположен ленточный транспортер 12, служащий одновременно дл  подачи бетона к шнекам по направлению к бункеру 20 и дл  вывоза породы по нижней ветви 21 транспортера.

Главной св зью основных элементов щита  вл ютс  направл ющие и перемещсчющие валы П и 17.

Кожух /, хвостова  цилиндрическа  часть 2 и сердечник 3 взаимно строго

центрируютс  помощью этих валов, Помимо того, кажда  из этих трех частей попеременно может перемещатьс , опира сь на другие временнозакрепленные части.

Работа предлагаемого щита заключаетс  в следующем.

Предположим, что щит только что вт нул в себ  хвостовую цилиндрическую часть 2 и вибрирующие шнеки 18 и закончил подачу и вибрацию бетона (фиг. 1). Давление в прессующем мешке 24 поддерживаетс  на посто нном высоком уровне; электропрогрев включен.

Бар 6 кожуха щита работает непрерывно , и вынута  порода ссыпаетс  на ленту транспортера 12 и отводитс  наружу. По мере выработки породы в дело включаютс  домкраты 5, и при их помощи кожух щита передвигаетс . Домкраты 5 опираютс  на валы 11 сердечника 5, которые в свою очередь опорным мешко.м 19 держатс  на ранее выведенной части 22 тоннел  или трубопроводе (уже вполне отвердевшей).

После того, как плунжеры 10 домкратов 5 выдвинулись из цилиндров на полную свою рабочую длину, привод тс  во вращение перемещающие валы // и одновременно вода из домкратов отсасываетс .

В результате этого плунжеры 10 свинчиваютс  с перемещающих валов 11 и вход т в цилиндры. Становитс  возможным вновь перемещать кожух щита, опира сь на валы.

Таким образом кожух щита перемещаетс  и осуществл етс  независима  работа его от хвостовой части и сердечника. При движении вперед уплотнение 7 кожуха скользит но хвостовой части 2, преп тству  попаданию грунта внутрь щита. Когда кожух / передвинулс  на полную рабочую длину, задний конец его доходит до упора 23 хвостовой части 2 (фиг, 6). К этому времени происходит полное схватывание и твердение бетона , так что возможно сн тие давлени  прессующего и опорного мешков 24 и 19. Одновременно выключаетс  и электропрогрев (положение по фиг. 2).

После того, как давление сн то и вода выпущена, сердечник 5 остаетс  закрепленным на одних направл ющих и перемещающих валах // и 17.

Дл  передвижени  сердечника 3 вперед необходимо привести эти валы во вращение.

Валы упираютс  в гайки хвостовой части 2, а последн   через упор - в основной кожух / щита. В результате весь сердечник вместе с валами передвигаетс  вперед.

Во избежание повреждени  мешков 19 и 24 при движении вперед в хвосте сердечника 3 устроена запасна  роликова  тележка 25, преп тствующа  резиновым мешкам касатьс  стенок выведенного тоннел  или трубопровода .

Так как вибрирующие шнеки /S скреплены с хвостовой частью 2 щита , они так же, как хвостова  часть и кожух остаютс  неподвижными и после передвижени  сердечника попадают в пространство 4 над прессующим мешком 24.

Теперь наступает период бетонировани  (положение по фиг. 3).

В первую очередь поднимаетс  давление в заднем опорном мешке 19, а передний прессующий мешок 24 заполн етс  водой. Затем по ленточному транспортеру 12 в приемный бункер 20 подаетс  бетон жесткой консистенции, который далее по вибрирующим рукавам попадает в приемные коробки шнеков 18.

Шнеки, вибриру  и враща сь, забрасывают бетон в полость над прессующим мешком 24 и постепенно ее заполн ют. Когда все пространство 4 заполнено бетоном, давление в прессующих мешках 24 поднимаетс  и начинаетс  постепенное отодвигание хвостового цилиндра 2. Это соверщаетс  перемещающими винтами //, которые привод тс  во вращение и навинчивают на себ  гайки хвостового цилиндра 2. Шнеки 18, св занные с хвостовым цилиндром, также отодвигаютс , не перестава  вибрировать , вращатьс  и подавать бетон. Подача бетона при этом соверщенно необходима, так как во врем  перемещени  хвостовой цилиндр освобождает известный объем, который должен быть заполнен бетоном. Все врем  шнеки продолжают вибрацию, что существенно облегчает заполнение бетоном всех щелей и пустот.

Когда закончитс  отодвигание хвостовой цилиндрической части 2, некоторое врем  еще продолжаетс  вращение и вибраци  шнеков 18 с целью их очистки, дл  в камеру шнеков подаетс  вода и производитс  их промывка.

За все врем  отодвигани  хвостовой цилиндрической части давление в прессующем мешке 24 поддерживаетс  на высшем пределе. На этом основании сила подачи бетона щнеками должна быть больше внутреннего давлени  бетона. Этому способствует то обсто тельство, что источником вибрации  вл етс  самый шнек и бетон в районе, примыкающем к щнеку, обладает наибольшей подвил ностью .

Как только бетонирование закончено , включаетс  электропрогрев, и весь цикл повтор етс  снова.

Скорость перемещени  щита ограничена временем, пока сердечник неподвижен и происходит схватывание и твердение бетона. В услови х электропрогрева и непрерывного давлени , дл  накоплени  достаточной прочности, необходимо около 3-4 часов . Применение специального цемента может сократить этот срок до 2 часов.

За врем  твердени  бетона кожух щита может передвинутьс  на полную рабочую длину, т.е. примерно 2-3 м.

В случае прокладки тоннел  большого диаметра обычно приходитс  производить армирование облицовки. Дл  продольного напр женного армировани  в свободном пространстве основного кожуха / щита по всему периметру устанавливаютс  барабаны 26 с арматурой 27 (фиг. 8). Арматура проходит через фланец 28 в бетонируемое пространство 4 и закрепл етс  в уже готовом конце облицовки 22.

Фланец 28 в этом случае освобождаетс  от жесткого креплени  на сердечнике и ему сообщаетс  известна  продольна  подвижность.

Внутреннее давление передаетс  вибрируемому бетону и через него на

фланец 28; последний удерживаетс  деаодвижно только помощью закрепленной в нем арматуры, а потому последн   и нат гиваетс .

Таким образом процесс армировани  идет автоматически параллельно ходу щита и не требует ии специального времена ни специальных людей. Самое закрепление арматуры на стенке также автоматизировано. По использовании полной катушки арматуры устанавливаетс  нова ; при этом концы арматуры свариваютс .

Предмет изобретени .

Claims (5)

1. Щит дл  проходки тоннелей и подземных трубопроводов, отличающийс  тем, что, с целью осуществлени  непрерывного бетонировани  облицовки и придани  последней водонепроницаемости, к щиту телескопически , при помощи направл ющих и перемещающих валов, прикреплены подвижно хвостова  цилиндрическа  часть 2 и полый сердечник 3, образующие между собой кольцевое пространство дл  бетонировани  с одновременным вибрированием, прессованием и электропрогревом и обеспечивающие опирание щита на изготовленную часть обделки путем создани  трени  между последней и сердечником (фиг. 1).

2.Форма выполнени  щита по п. 7, отличающа с  тем, что, с целью одновременной подачи, вибрировани  и прессовани  бетона, применены вибрирующие шпеки 18, укрепленные на хвостовой цилиндрической части 2 и обеспечивающие припрессовывание бетона к грунту во врем  отодвигани  хвостовой цилиндрической части внутрь щита.

3.Форма выполнени  щита по п. 1, отличающа с  тем, что фланец 28 сердечника 5, ограничивающий спереди бетонируемое кольцевое пространство между сердечником и хвостовой цилиндрической частью, выполнен отдельно от сердечника и удерживаетс  в рабочем положении при помощи продольной арматуры 27 (фиг. 8).

4.При щите по п. 1 применение эластичной камеры 19 (например из резины), надеваемой на заднюю часть сердечника 5 и наполн емой сжатой упругой средой в цел х обеспечени  необходимого трени  между сердечником и поверхностью облицовки 22 дл  получени  опоры при передвижении щита.

5.В щите по пп. 1-4 применение гидравлических домкратов 5, заключающих в себе цилиндры с плунжерами 10, насаженными на основные валы щита посредством винтовых нарезок , обеспечивающих увеличение свободного хода щита при неподвижном сердечнике.

авторскому свидетельству В. В. Михайлова

№ 54054

ФИГ1 Л

ffJi : V ::b-j aL& i a.:. - ; - .-, ..,

- ----:г ::г - - 1 I , I- , л t-.y Si -f:: .- KS№ffX CKf.tt,t -- -

113/ 1

2 й:г- - . ,

,.-ifi;.X

,-:;