Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Конструирование корпуса щита

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА

Общие положения

Несмотря на большое разнообразие типов проходческих щитов кругового очертания, их корпус проектируют по идентичным схемам, в виде ребристой конструкции, монтируемой из отдельных сегментов.

Основными элементами корпуса сборно-литого щита являются ножевое кольцо, опорное кольцо и оболочка. В щитах сборно-сварной конструкции вместо ножевого и опорного колец изготовляют единое ножеопорное кольцо [9, с.213…217].

Внутри корпуса немеханизированного щита устанавливают горизонтальные и вертикальные перегородки. В механизированных щитах вместо перегородок предусматривают опорные площадки для установки на них станин исполнительного рабочего органа. Каждый щит оснащают системой щитовых гидродомкратов, а немеханизированный щит, кроме того, - системами забойных и платформенных домкратов.

Конструирование корпуса щита

Конструирование корпуса щита следует начинать с установления его геометрических размеров, определения количества щитовых гидродомкратов (см.п.3.3) и их расстановки в опорном кольце. Затем устанавливают компоновочную схему корпуса щита, на которой указывают положение продольных стыков ножевого кольца и оболочки.

3.2.1. Установление геометрических размеров щита

Наружный диаметр щита определяют по формуле

, (3.1)

внутренний диаметр щита в пределах опорного кольца:

, (3.2)

где D_об.н. – наружный диаметр обделки, м; d_з = (0,08…0,01) D_об.н. – строительный зазор между наружным диаметром обделки и внутренним контуром оболочки щита, мм; d_о – толщина оболочки щита, мм; h_о – высота сечения сегмента опорного кольца, мм, принимаемые по таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Размеры элементов корпуса щита

В некоторых конструкциях щитов наружный диаметр головной части увеличивают на 10 – 20 мм для улучшения их маневренности.

Полная длина щита L_щ, м, складывается из длины ножевого кольца L_н, длины опорного кольца L_ок и длины оболочки L_о:

, (3.3)

Длина ножевого кольца определяется геологическими условиями (чем слабее грунт, тем больше L_н), но должна быть не менее 1 м из условия удобства и безопасности проходчиков в призабойной зоне или размещения исполнительного рабочего органа щита.

Длина опорного кольца зависит от длины щитового домкрата и назначается в пределах L_ок = (1,4…1,6) b; b – ширина кольца обделки, м.

Длину свободной части оболочки щита определяют как сумму:

L_о = l₁ + l₂ + l₃ + l₄, (3.4)

где l₁ = 750 – 900 мм – длина части щитового домкрата, выступающей за пределы опорного кольца; l₂ = 300 – 350 мм – ширина уплотнительного прижимного кольца; при отсутствии кольца l₂ = 0; l₂ = 1100 – 1300 мм – для прессующего кольца щита, предназначенного для возведения монолитно-прессованной обделки; l₃ = 150 – 200 мм – зазор между торцом уложенного кольца обделки и опорной поверхностью прижимного кольца (или колодок щитовых домкратов); l₃ = 500 мм – зазор для установки компенсаторов при наличии прессующего кольца; l₄ =b b – длина участка оболочки, в пределах которого расположена обделка; b = 1,2 при проходке в неводонасыщенных и b =2,2 – в водонасыщенных грунтах; b = 1,5 – для монолитно-прессованной обделки; b = 0 - для обжатой обделки, монтируемой за оболочкой.

Отношение длины к диаметру характеризует маневренность щита: М = L_щ/D_щ. Для немеханизированных щитов оно должно иметь значение в пределах: 0,95…1 для малых (D_щ <3,5 м), 0,73…0,75 для средних (D_щ =3,5…6 м) и 0,45…0,47 для больших (D_щ >6 м) щитов. Для механизированных щитов, как правило, его принимают несколько больше.

Масса немеханизированного щита m_щ, т, при 2,6 < D_щ < 14,0 м определяется по эмпирической формуле:

m_щ = 3,5 D_щ – 10. (3.5)

Масса механизированного щита, как правило, больше в 1,3 – 1,6 раза.

Длину сегментов опорного кольца сборно-литого щита, отливаемых из легированной стали, назначают так, чтобы в одном сегменте размещалось 2 или 3 щитовых гидродомкрата (рис.3.1). В ключевом сегменте можно расположить один домкрат.

Продольные стыки сегментов ножевого кольца смещают относительно стыков опорного кольца, располагая их в радиальных плоскостях, проходящих через продольные оси щитовых домкратов (см. рис.3.1). Благодаря этому повышается прочность и жесткость конструкции. Вальцованные стальные листы оболочки располагают по периметру корпуса в один или два слоя. В первом случае листы стыкуют с накладками, во втором их располагают вразбежку с применением накладок или без них.

На чертежах курсовых проектов необходимо изображать разрезы и сечения щита, на которых видны спинки сегментов, их продольные и кольцевые ребра, приливы, кольцевые пазы и выступы, отверстия для щитовых гидродомкратов, листы оболочки и т.д. Примеры конструкций сборно-литого корпуса проходческого щита приведены в учебной литературе [9, 11, 12].

Горизонтальные и вертикальные перегородки ставят конструктивно с таким расчетом, чтобы высота ярусов была в пределах 1,3…2,1 м, а ширина отсеков составляла 1,5…2,5 м. При этом количество ярусов m и вертикальных отсеков n определяют из соотношений

m = D_щ / (1,7…2,0); n = D_щ / (1,4…1,9) (3.4)

Концы перегородок необходимо совмещать с продольными ребрами ножевого и опорного колец для удобства прикрепления к ним перегородок (внакладку или встык при наличии специальных приливов).

Сегменты ножеопорного кольца и оболочки щита сборно-сварной конструкции изготовляют из листовой стали, сваривая продольные и кольцевые ребра между собой и с вальцованными листами спинки (рис.3.2). При сборке щита сегменты сболчивают, перекрывая их стыки (при однослойной оболочке) накладками. Положение продольных стыков ножеопорного кольца и оболочки определяют, как изложено выше для сборно-литой конструкции. Примеры конструкций сборно-сварных щитов с указанием размеров, расположения перегородок и других особенностей приведены в работе [7].

В корпусе немеханизированного щита размещают платформенные и забойные гидродомкраты [9…12], в корпусе механизированного щита – исполнительный рабочий орган и погрузочное устройство [5…7, 12]. Технические характеристики гидродомкратов приведены в прил.3.

3.2.2. Определение сопротивлений, преодолеваемых щитом, и количества щитовых домкратов

Расчет сопротивлений производится с целью установления необходимой мощности щитовых и забойных гидродомкратов. Полное сопротивление, преодолеваемое щитовыми домкратами, определяется как сумма сопротивлений:

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄, (3.5)

где W₁ – лобовое сопротивление движению щита, кН; W₂ – сопротивление трения наружной поверхности щита по грунту, кН; W₃ – сопротивление трения обделки по оболочке щита или сила защемления оболочки монолитно- прессованным бетоном, кН; W₄ – сопротивление трения перемещамого совместно с щитом технологического комплекса, кН.

Сопротивления определяют в зависимости от технологии проходки:

а) при сплошном или частичном креплении забоя:

W₁ = Р_зд n _зд > р_а F _заб (3.6)

где Р_зд = 50 – 70 кН – усилие, развиваемое забойным гидродомкратом,; n _зд – число забойных гидродомкратов, используемых для крепления забоя; р_а – горизонтальное активное давление грунта (см. формулу для W₂); F _заб - площадь забоя, закрепляемая с помощью забойных гидродомкратов, м²;

б) при частичном врезании ножевого кольца в устойчивые мягкие глины:

W₁ = p t_э L, (3.7)

где p – удельное усилие врезания; в суглинках p = 500 – 600 кН/м², в глинах p = 1200 – 1600 кН/м²; t_э – толщина внедряемого элемента, м; L = длина кромки ножевого кольца, внедряющейся в забой, м;

в) при внедрении ножевого кольца в сыпучие грунты:

, (3.7)

где F_oc – безразмерное число, принимаемое по таблице 3.2 в зависимости от угла внутреннего трения j и показателя сжатия сечения ножевого кольца , d_щв - внутренний диаметр ножевого кольца, м; F – площадь поперечного сечения щита, м²; с – удельное сцепление грунта, кН/м²; при отсутствии данных испытаний определяется по эмпирической формуле по коэффициенту крепости грунта: c = 120 ¦³- 15 (при условии 0,5 < ¦ > 1,0; q – пригруз на лоб забоя со стороны щита, кН/м²; при шандорном креплении с забойными домкратами

, (3.8)

при применении горизонтальных площадок

, (3.9)

где g - удельный вес грунта, кН/м³; h_пл = 0,8 – 1,2 – расстояние между площадками.

Таблица 3.2 – Зависимость N_ос от j и S

Примечания. При промежуточных значениях j и S величину N_ос определяют интерполированием. Значения N_ос даны для угла заострения ножевой части 25 – 33⁰ и коэффициенте трения грунта по стали 0,48.

г) при проходке водонасыщенных песчаных грунтах щитом с приемной камерой, заполненной глинистой суспензией, или герметизированным щитом W₁ определяют по вышеприведенным формулам с учетом взвешенного удельного веса грунта и суммируют с силой

, (3.10)

где Р_рк – избыточное давление в приемной камере, мПа.

Сопротивление в общем случае зависит от трения и сцепления грунта по наружной поверхности щита и обжатия грунта при отклонении оси щита от оси тоннеля:

, (3.11)

где f_тр1 = 0,4 0 – 0,5 – коэффициент трения грунта по стали; q_1, p₁ – соответственно вертикальное и горизонтальное горное давление, кН/м²; G₁ – вес щита, кН; с₁ – удельное сцепление между грунтом и наружной поверхностью щита; для сыпучих и скальных грунтов с₁ = 0, для глинистых с₁ = 0,005 – 0,01 Мпа; n_s = 0,2 – коэффициент, учитывающий ослабление бытового напряженного состояния грунтового массива при проходке; k_D = D₀ k / D_щ – приведенный коэффициент упругого отпора грунта с учетом диаметра щита, кН/м³ (здесь D₀ = 5 м – размерный коэффициент; k – коэффициент упругого отпора грунта, кН/м³); D - величина обжатия грунта боковой поверхностью щита, определяемая по эмпирической формуле через коэффициент крепости f, м: D = 1/(6 f + 4) – 0,077 при 0,3 < f > 1,5; D = 0 при f > 1,5.

Сопротивление трения между обделкой и оболочкой щита, кН:

W₃ = Р_обд m₂ , (3.12)

где Р_обд – вес обделки, лежащей на оболочке щита, кН; m₂ - коэффициент трения материала обделки по оболочке (принимать для чугунной и стальной обделке 0,2; для бетонной или железобетонной обделки – 0,46).

При возведении обжатой сборной обделки, разжимаемой внутри оболочки, или монолитно-прессованной бетонной обделки сила, кН, равна

, (3.13)

где f_тр2 = 0,5 – коэффициент трения стали по бетону или бетонной смеси; F_об – площадь оболочки, находящейся в контакте с обделкой, м²; p_r – радиальное давление на оболочку со стороны обделки, мПа.

Сопротивление перемещению технологического комплекса по обделке:

, (3.14)

где k_м = 2 – коэффициент местных сопротивлений; P_ком – вес той части комплекса, которая передвигается вместе со щитом, кН.

Полное расчетное усилие щитовых гидродомкратов с коэффициентом запаса k = 1,5…2 составляет

SР_д = k W, (3.15)

Необходимое количество щитовых домкратов:

n_д = kW / Р_д, (3.16)

где Р_д – усилие одного гидродомкрата.

Число домкратов обычно корректируют таким образом, чтобы на каждый элемент обделки (не считая замковых) их приходилось не менее двух.