Тоннельные щитовые машины ТЩМ (СП)-Р1 с суспензионным пригрузом, роторным рабочим органом и объёмным регулированием величины пригруза

Рис. 2. Конструкция тоннельных щитовых машин ТЩМ (СП)-Р с суспензионным пригрузом и роторным рабочим органом: а — тоннельная щитовая машина ТЩМ (СП)-Р1; б- тоннельная щитовая машина ТЩМ (СП)-Р2

Рис. 3. Схема нагрузок на забой при применении тоннельных щитовых машин ТЩМ (СП)-Р1 с суспензионным пригрузом и объёмным регулированием величины пригруза: а — схема головной части машины; б — эпюры нагрузок

Рис. 4. Основная область применения тоннельных щитовых машин ТЩМ (СП)-Р1 с суспензионным пригрузом

Рис. 5. Схема нагрузок на забой при применении тоннельных щитовых машин ТЩМ (СП)-Р2 с суспензионным пригрузом и воздушным регулированием величины пригруза: а — схема головной части машины; б — эпюры нагрузок

Конструкция машины. Основными элементами машины ТЩМ (СП)-Р1 являются щитовой корпус 1, щитовые гидроцилиндры 2, роторный рабочий орган 3, выполненный в виде планшайбы (диска) или лучевой конструкции и оснащённый резцами различного типа, гиродвигатели привода 4, блокоукладчик 5, питательный трубопровод 6 для подачи бентонитовой суспензии в призабойную камеру и транспортный трубопровод 7 для выдачи шлама из призабойной камеры в тоннель и далее на поверхность (рис. 2 а). Спереди в центральной части корпуса закреплена герметическая диафрагма 8, а сзади в хвостовой оболочке этого корпуса установлено кольцевое уплотнение 9. В щитовом корпусе также вмонтирована шлюзовая камера 10, обеспечивающая возможность доступа рабочего персонала в призабойную камеру для смены резцов или выполнения ремонтных работ. На концах транспортных трубопроводов установлены роторные смесители для устранения комкования глинистого грунта у всаса зтих трубопроводов. При необходимости перед нижним всасом размещается камнедробилка.

Принцип действия. Бентонитовая суспензия, заполняющая призабойную камеру и находящаяся под давлением, через прорези в планшайбе или окна рабочего органа лучевого типа проникает к забою и покрывает его по всей площади. При этом твёрдые частицы суспензии входят в поры грунта забоя и уже через 1—2 секунды образуют на его поверхности сплошную глинистую водонепроницаемую мембрану (корку). Сама суспензия оказывает активное давление на зту мембрану, уравновешивая давление грунтовой воды и давление, оказываемое взвешенным в воде грунтом (см. рис. 3).

В результате этого, как показала практика, обеспечивается необходимая устойчивость забоя, сложенного водонасыщенным грунтом. Дополнительное крепление забоя производят во время движения щитовой машины лобовые (фронтальные) листы планшайбы и в значительно меньшей мере — радиальные лучи рабочего органа.

При движении щитовой машины с вращающимся рабочим органом разработанный его резцами грунт поступает в призабойную камеру, смешиваясь с бентонитовой суспензией, в результате чего образуется шламовый раствор с более высокой плотностью, чем первоначальная суспензия. Этот шлам высасывается транспортным трубопроводом, и одновременно в призабойную камеру по питательному трубопроводу поступает регенерированная поверхностной сепарационной установкой бентонитовая суспензия.

В процессе продвижения щитовой машины производится непрерывное нагнетание тампонажного раствора в зазор между грунтом и тоннельной обделкой.

Область применения. Наиболее эффективно щитовые машины ТЩМ (СП)-Р1 применимы в водонасыщенных песчаных и гравелистых (мелких и средних) грунтах при условии, что количество частиц размером менее 0,02 мм в разрабатываемом грунте не превышает по весу более 10 % (см. рис. 4).

При соответствующем повышении плотности бентонитовой суспензии и оснащении режущей головки рабочего органа дисковыми резцами, резцами-рипперами и резцами-скреперами, оснащёнными твердосплавными вставками, машины ТЩМ (СП)-Р1 могут достаточно успешно применяться при проходке в грубых гравелистых грунтах и слоях полускальных и скальных грунтов. При оснащении головной части машины смесителями и насадками для подачи воды достаточно высокого давления щитовые машины могут сравнительно успешно вести проходку и в связных глинистых грунтах.

Следует иметь в виду, что границы основной области применения тоннельных щитовых машин с суспензионным пригрузом построены на рис. 4 с использованием интеграционных кривых гранулометрического состава грунтов.