Строительство тоннелей, коллекторов и каналов методом щитовой проходки

Щит — это металлическая крепь, под защитой которой производится разработка грунта и сооружение обделки инженерных конструкций. Щит состоит из трех основных частей: передней —режущей, средней — опорной (где размещаются домкраты) и задней — хвостовой. Своей режущей частью щит домкратами вдавливается в грунт, разрабатываемый ручным или механическим способом. Обделку стенок коллектора выполняют в хвостовой части щита, используя для этого сборные железобетонные и чугунные тюбинги, блоки или монолитный бетон.
По способу разработки грунта в забое щиты подразделяются на немеханизированные и механизированные.
У немеханизированного щита, обычно цилиндрической формы (иногда прямоугольной), ножевое кольцо (передняя — режущая часть щита) служит для частичного срезания грунта по контуру проходки и одновременно защитным козырьком для рабочих, работающих в забое (рис. 8.1, а). В опорном кольце (средняя часть щита) размещаются забойные и щитовые домкраты, с помощью которых щит перемещается, отталкиваясь от последнего кольца ранее собранной обделки. Хвостовая часть щита — гладкая оболочка, под прикрытием которой производится сборка колец обделки коллектора. Грунт в забое разрабатывается преимущественно отбойными молотками и грузится ковшовой погрузочной машиной или конвейерным перегружателем в вагонетки. Скорость проходки немеханизированного щита составляет 0,8... 1,2 м в смену.
щитовая проходкаМеханизированные щиты оснащены исполнительным рабочим органом (обычно роторным) с резцами различной конструкции и ковшовым загрузчиком, подающим разрушенный грунт на конвейер (рис. 8.1, б). При использовании механизированных щитов значительно возрастает скорость проходки, снижается трудоемкость работ, обеспечивается ровный контур выработки, что позволяет применять рациональные типы обделок (обжатые в грунт, монолитно-прессовые и др.).
Вследствие индивидуального проектирования и изготовления проходческих щитов для строительства подземных коммуникаций в различных городах было разработано большое количество типоразмеров щитов.В настоящее время Госстроем СССР утвержден оптимальный по технико-экономическим показателям параметрический ряд коллекторных тоннелей с внутренним диаметром 1,8; 2,25; 2,8; 3,56 и 4,5 м. Для их сооружения предусматривается использование высокомеханизированных комплексов щитов KITI-2,1 Б, КЩ-2,6Б, КЩ-3.2Б, КЩ-4Б и КЩ-5.2Б с наружным диаметром соответственно 2,1; 2,6; 3,2; 4 и 5,2 мм. Длина кольца сборной обделки принята 0,7; 0,8; 0,9 и 1 м, количество блоков на кольцо — 6...8. Скорость проходки вышеуказанных комплексов щитов до 3,8 м в смену.
Последовательность работ при щитовой проходке следующая. После геодезической разбивки трассы коллектора и сооружений на нем приступают к устройству вертикальных стволов шахт для спуска и подъема проходческих щитов, рабочих, подъема грунта, подачи материалов обделки, обеспечения вентиляции, водоотлива и др. Диаметр ствола шахты должен быть приблизительно в 2 раза больше диаметра щита.
Проходку шахтных стволов (круглых или прямоугольных в плане) производят поярусно либо с помощью механизированных щитов, малогабаритного землеройного оборудования и других средств с выдачей грунта на поверхность скипами, бадьями, грейферами либо с применением буровзрывных работ. По мере отрывки грунта устойчивость вертикальных стенок ствола обеспечивается крепью: деревянной, деревометаллической, из железобетонных или чугунных тюбингов, монолитного железобетона. При наличии водоносного слоя мощностью 3...5 м устраивают опускную крепь, которую наращивают сверху и по мере разработки грунта опускают под действием силы тяжести крепи или дополнительной пригрузки.
После устройства шахтного ствола приступают к сооружению тоннеля. Для ввода щита в забой в шахтном стволе устраивают проем, а с противоположной стороны — упорную стенку. В проем устанавливают щит, который и разрабатывает грунт, отталкиваясь от упорной стенки. При входе хвостовой части щита в тоннель начинают устройство обделки.
Обделку тоннеля диаметром до 2 м выполняют из мелких блоков, укладываемых вручную. В тоннелях большего диаметра специальными блокоукладчиками устанавливают крупные блоки и тюбинги. Вслед за обделкой с отставанием не более чем на пять колец по длине тоннеля в пространство между наружной поверхностью обделки и грунтом производят первичное нагнетание цементного раствора (состав от 1:1 до 1:5) под давлением 0,4...0,5 МПа. Повторно-контрольное нагнетание выполняют через 30...40 мин под давлением 0,7...0,8 МПа. Работы ведут с помощью растворонасосов или растворонагнетателей (типа РНЩ).
В канализационных коллекторах в целях дополнительной герметизации и защиты сборной обделки от разрушения выполняют вторичную обделку из монолитного железобетона.
Трудоемкость возведения обделки тоннелей сокращается на 25...30% при устройстве ее из монолитного пресс-бетона. Сущность способа состоит в том, что в хвостовой части щита вместо сборных блоков устанавливают внутреннюю металлическую опалубку, состоящую из трех сегментов, соединенных между собой болтами. Циклично через 0,5 м с помощью пневмоподатчиков бетонируют по периметру пространство между внутренней опалубкой и хвостовой частью щита. Далее реактивным усилием щитовых домкратов через пресс-кольцо, передвигающееся между опалубкой и оболочкой щита, производят прессование бетона. После очередного цикла разработки грунта отводят пресс-кольцо, устанавливают следующий ряд опалубки и далее процесс повторяют. Опалубку разбирают при достижении бетоном требуемой прочности.
Для откатки грунта из тоннеля и подачи материалов обделки используют одно- и двухпутевые схемы движения вагонеток. Одно-путевую схему применяют при проходке щитами диаметром до 2,6 м, двухпутевую — при диаметре щитов 2,6 м и выше. По первой схеме одновременно одна вагонетка находится под загрузкой, другая разгружается на поверхности земли. По второй схеме устраивают два разъезда: один у щита для разъезда блоковозок с вагонетками, второй — на расстоянии 10...15 м от шахтного ствола. Вагонетки с грунтом по вертикальному стволу шахты поднимают на поверхность кранами или специальной подъемной установкой и выгружают в раздаточный бункер, откуда отвозят самосвалами к месту отвала. Общая схема щитовой проходки приведена на рис. 8.1, в.


Строительные работы