способ проведения минитоннелей и головная секция щитового комплекса оборудования для реализации способа

Формула изобретения

1. Способ проведения минитоннелей с применением щитового комплекса оборудования, включающий разрушение грунта на всей площади забоя, подачу его к загрузочному окну шнекового конвейера и транспортировку из забойной зоны к месту перегрузки для доставки на поверхность, отличающийся тем, что разрушение грунта в центральной зоне забоя производят шнеком конвейера, при этом в оставшейся кольцевой части забоя производят опережающее нарезание щелей благодаря наличию ножей с передними наклонными поверхностями и непрерывному воспроизводству позади ножей в процессе подачи секции на забой свободного пространства, а последующее отделение и разрушение на оставшейся площади забоя и подачу грунта в центральную зону забоя производят внутренней поверхностью конуса ножевой части щитового комплекса оборудования.

2. Головная секция щитового комплекса оборудования, содержащая шнековый конвейер и корпус, образующий ограждающую оболочку с закрытым забоем с опорной и ножевой частями, последняя из которых выполнена в виде конуса, основание которого образует по периметру корпуса режущую кромку, отличающаяся тем, что конус ножевой части выполнен с углом при вершине не более 80, а внутренняя поверхность конуса снабжена расположенными под острым углом к образующей конуса ножами с передними наклонными поверхностями и режущей кромкой, установленными впереди конуса, с образованием позади ножей свободного пространства.

3. Головная секция по п.2, отличающаяся тем, что режущая кромка ножей расположена впереди режущей кромки основания конуса.

4. Головная секция по п.2 или 3, отличающаяся тем, что шнековый конвейер расположен на оси секции.

5. Головная секция по п.2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что передний конец шнека выдвинут за плоскость кольцевой кромки на величину большую, чем диаметр шнека.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится преимущественно к подземному строительству, а именно к щитовой прокладке минитоннелей в сыпучих, глинистых и других подобных грунтах, включая обводненные.

Известны способы и конструкции щитов для проведения (в том числе механизированным способом) тоннелей в таких грунтах. Эти способы и конструкции предусматривают либо открытый забой и последовательное разрушение его экскаваторным или стреловидным с вращающейся коронкой на рукояти органом, либо одновременное - роторным рабочим органом при закрытом забое (см. Клорикьян В.Х., Ходош В.А. Проходческие щиты и комплексы. М.: Недра, 1977, 326 с.; заявку №3-7794 (Япония) от 17.05.86, МКИ 5 Е 21 D 9/06, 9/12, публикация 04.02.91 №4-195, и др.).

Применение этих способов и конструкций при прокладке тоннелей малого диаметра (D=2 м и менее) вызывает существенные трудности как компоновочного характера, так и связанные с обслуживанием механизмов, в связи с крайне ограниченным пространством внутри ограждающей оболочки щита.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ проведения тоннелей, при котором одновременно производят: разрушение грунта на всей площади забоя, подачу его к загрузочному окну конвейера-перегружателя и транспортировку из забойной зоны к месту перегрузки для доставки на поверхность, а также конструкция щита с закрытым забоем, роторным рабочим органом и шнековым конвейером (а.с. СССР SU №1448062 А1, кл. Е 21 D 9/06, опубл. 30.12.1988 г.).

Реализованное в этих щитах одновременное разрушение всего забоя специальным рабочим органом, обеспечивающим активное (роторное) разрушение, безусловно расширяет область применения щита, однако требует высокой энерговооруженности (приводы ротора и конвейера), существенно усложняет конструкцию и эксплуатацию устройства. Вместе с тем существует достаточно широкая и распространенная область сыпучих, глинистых и других подобных грунтов, включая обводненные, для которой (при наличии альтернативного способа) такое усложнение конструкции является избыточным.

Целью изобретения является:

- значительное упрощение конструкции щита (головной части) за счет уменьшения числа приводов и снижения мощности привода механизмов, остающихся в щите; увеличение свободного пространства в щите и облегчение обслуживания механизмов щита; обеспечение закрытого забоя и, следовательно, возможность проведения тоннеля в условиях повышенной обводненности забоя; гарантированное соответствие между объемом извлеченного грунта и величиной подвижки головной секции и, следовательно, существенное упрощение систем контроля и управления работой комплекса.

Поставленная задача решается тем, что при проведении тоннелей предлагается применение способа проведения минитоннелей, при котором разрушение грунта в центральной зоне забоя производят шнеком конвейера, при этом в оставшейся кольцевой части забоя производят опережающее нарезание щелей благодаря наличию ножей с передними наклонными поверхностями и непрерывному воспроизводству позади ножей в процессе подачи секции на забой свободного пространства, а последующее отделение и разрушение на оставшейся площади забоя и подачу грунта в центральную зону забоя производят внутренней поверхностью конуса ножевой части щитового комплекса оборудования.

Конструкция головной секции щитового комплекса оборудования при этом содержит: шнековый конвейер и корпус, образующий ограждающую оболочку с закрытым забоем с опорной и ножевой частями, последняя из которых выполнена в виде конуса, основание которого образует по периметру корпуса режущую кромку. Конус ножевой части выполнен с углом при вершине не более 80, а внутренняя поверхность конуса снабжена расположенными под острым углом к образующей конуса ножами с передними наклонными поверхностями и режущей кромкой, установленными впереди конуса с образованием позади ножей свободного пространства.

Предусматриваются варианты конструкции головной секции, при которых режущая кромка ножей расположена впереди режущей кромки основания конуса, шнековый конвейер расположен на оси секции, а также передний конец шнека выдвинут за плоскость кольцевой кромки на величину большую, чем диаметр шнека.

На Фиг.1 изображен продольный разрез головной секции минищита с расположенным наклонно конвейером.

На Фиг.2 изображен продольный разрез головной секции минищита с центрально расположенным конвейером.

На Фиг.3 и 4 показано исполнение с выдвинутым вперед передним концом шнека конвейера.

На Фиг.4 показано исполнение с режущей кромкой ножей, расположенной впереди кольцевой режущей кромки ножевой части головной секции.

На Фиг.5 изображен вид по стрелке А (см. Фиг.2, 3 и 4) на лобовую часть щита.

Головная секция минитоннельного щитового комплекса оборудования для реализации предлагаемого способа (Фиг.1) состоит из корпуса 1, образующего ограждающую оболочку с ножевой 2 и опорной 3 частями, шнекового конвейера 4 со шнеком 5 и приводом 6. Ножевая часть выполнена в виде конуса 7 с углом при вершине не более 80. Основание конуса образует по периметру корпуса кольцевую режущую кромку 8 ножевой части, внутренняя поверхность конуса снабжена ножами 9 с передними наклонными поверхностями, которые расположены перед образующей конуса, с образованием за наклонными поверхностями ножей свободного пространства 10. Количество ножей 9 может быть 3, 4 (см. Фиг.5) - и более.

Ножевая 2 и опорная 3 части, для проведения достаточно длинных тоннелей, могут быть связаны гидравлическими цилиндрами 11 для управления ножевой частью и корректировки направления движения головной секции при продавливании.

Головная секция может быть выполнена также и с собственными гидравлическими цилиндрами подачи ножевой части на забой (на Фиг.1 не показаны).

Шнековый конвейер 4 (см. Фиг.2) может быть размещен на оси головной секции. Это существенно повышает технологичность конструкции при изготовлении и повышает надежность.

Ножи 9 (см. Фиг.4) с целью увеличения непрерывно воспроизводимого при проходке свободного пространства могут быть снабжены собственной режущей кромкой 12, расположенной впереди кольцевой режущей кромки 8.

С целью снижения напорного усилия при проходке по сухим и относительно плотным грунтам (см. Фиг.3 и 4) представлено исполнение с выдвинутым за плоскость 8 кольцевой кромки передним концом шнека 5.

В состав оборудования комплекса входят, например, транспортная тележка 13 и лебедки 14 (позиции на Фиг.1) транспортной системы при канатной откатке. Возможно применение в составе комплекса тоннелепроходческого оборудования также и систем пневмо- или гидротранспорта, а также и другие исполнения головной секции (например с кессонной камерой).

Головная секция работает следующим образом.

В процессе вдавливания всей головной секции 1 (или ее передней ее части, при выполнении головной секции с собственными гидравлическими цилиндрами подачи) в забой, в последнем осуществляется одновременно разрушение грунта на всей площади забоя и подача грунта в зону загрузки конвейера.

При этом разрушение грунта в зоне загрузки производится шнеком 5 конвейера 4, а разрушение грунта в оставшейся кольцевой части забоя и подача его к загрузочному окну конвейера осуществляется путем опережающего нарезания щелей ножами 9 с передними наклонными поверхностями, установленными острым углом к образующей конуса (при непрерывном воспроизводстве позади ножей в процессе подачи секции на забой свободного пространства 10). Последующее отделение и разрушение грунта на оставшейся площади забоя и подача его также к конвейеру, с дополнительным разрушением посредством шнека 5, осуществляется внутренней поверхностью конуса 7.

При этом опережающее (в пространстве) нарезание достаточно широких щелей и создание за установленными ножами с передними наклонными поверхностями (позади ножей) свободного пространства 10 необходимо, чтобы предотвратить объемное сжатие грунта, происходящее при надвигании конуса на оставшийся в забое грунт, и тем самым существенно снизить величину напорного усилия.

Работа предлагаемой головной секции аналогична при этом работе бульдозера с поперечным отвалом. Причем в связи с тем, что надвигание конуса 7 на забой (в отличие от работы отвала бульдозера) сопровождается объемным сжатием грунта, оснащение конструкции выдвинутыми вперед ножами 9 с передними наклонными поверхностями, позади которых постоянно воспроизводится свободное пространство 10, обеспечивает отсутствие объемного сжатия грунта в процессе движения головной секции на забой.

Соответственно, выдвижение ножей 9 совместно с собственной режущей кромкой 12 вперед увеличивает свободное пространство, образующееся позади них, и повышает надежность работы устройства.

Выдвижение переднего конца шнека 5 вперед за плоскость кольцевой кромки 8 на величину, большую диаметра шнека, также способствует снижению напорного усилия при проходке по сухим и относительно плотным грунтам (плоскость сдвига грунта располагается при этом под углом 45 к направлению усилия при его сжатии).

Расчет напорного усилия, необходимого для разрушения грунта, выполненный для наиболее сложных условий и с учетом особенностей предлагаемой конструкции, показывает, что усилие подачи не превысит 50 тонн, что составит около 10% от величины напорных усилий, развиваемых домкратной установкой при продавливании труб, и существенно меньше усилия, развиваемого гидроцилиндрами подачи щита на забой, обычно устанавливаемыми в головной секции минищита при щитовой проходке.

Шнековый конвейер 4 дополнительно разрушает грунт в зоне его загрузки и, удаляя поступающий в него грунт, также способствует непрерывному воспроизводству свободного пространства 10, в которое поступает грунт, отделенный от массива ножами 9 и коническим отвалом 7 ножевой части 2 головной секции щитового комплекса.

Через разгрузочное окно конвейера 4 грунт перегружается в транспортную тележку 13, которая, например, посредством лебедки 14 канатной откатки, доставляется к устью тоннеля и далее на поверхность.

Таким образом конструкция головной секции обеспечивает реализацию основных признаков предлагаемого способа проведения минитоннелей, а его реализация позволяет существенно упростить конструкцию головной секции за счет уменьшения числа приводов и снижения мощности привода механизмов, остающихся в щите, увеличить свободное пространство в щите, облегчить обслуживание механизмов щита, обеспечить закрытость забоя, грунтовый пригруз забоя, а также в целом существенно снизить стоимость прокладки тоннеля в сыпучих, глинистых и других подобных грунтах, включая обводненные.