Прохо́дческий щит — подвижная сборная металлическая конструкция, обеспечивающая безопасное проведение горной выработки и сооружение в ней постоянной крепи (обделки). Проходческий щит применяется при сооружении тоннелей различного назначения, при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом. Проходческий щит является элементом конструкции некоторых видов тоннелепроходческих комплексов (ТПК).
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/83/Taipei_MRT_Xinyi_Line_Tunnel_boring_machine.jpg/220px-Taipei_MRT_Xinyi_Line_Tunnel_boring_machine.jpg)
Впервые проходческий щит был применён в Великобритании Марком Брюнелем при сооружении тоннеля под рекой Темзой (1825). С их помощью сооружено большинство тоннелей метрополитенов.
Диаметр получаемых тоннелей может варьироваться от одного до 19 метров. Самый большой диаметр, 17,6 м[1], у проходческого щита, работающего на строительстве автомобильного тоннеля в Гонконге.
Для создания тоннелей малого диаметра применяется горизонтальное бурение — длина до 2 км, диаметр до 1,2 м.
Применение проходческих щитов
править- при сооружении тоннелей различного назначения
- при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом
Рабочие инструменты проходческих щитов
править- ножевое кольцо
- опорное кольцо
- щитовые домкраты
- забойные домкраты
- платформенные домкраты
- трубы
- пускорегулирующая аппаратура
- горизонтальные и вертикальные перегородки
Виды щитов
правитьНемеханизированные щиты
править- Немеханизированный щит — щит, используемый лишь для защиты забоя от обрушения, пока рабочий вручную или с помощью отбойного молотка производит из него выемку грунта.
- Немеханизированный щит с кессоном — щит, применяемый для проходки в водонасыщенных грунтах, когда забой сзади щита перегораживается переборкой, а в образовавшееся пространство с помощью компрессора накачивается воздух (до давления в 2—5 атм), что «отжимает» грунтовые воды вглубь пород и защищает забой от их поступления. Способ весьма эффективен с инженерной точки зрения, но чрезвычайно вреден для здоровья рабочих, поскольку вызывает кессонную болезнь.
Механизированные щиты
править- Механизированный щит — щит (вернее, уже комплекс), на котором почти исключён ручной труд, и практически все операции выполняются оператором с пульта управления. Разработка грунта производится за счёт вращающегося на оси щита стального ротора с резцами, после чего грунт подаётся на конвейер, а с него — на вагонетки. В СССР этот тип щитов был впервые применён в 1949 году.
- Механизированный щит с кессоном — механизированный щит с применением кессонирования забоя.
- Механизированный щит с грунтопригрузом — механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подаётся в герметичную камеру грунтопригруза (в которой давление равно давлению в забое), а из неё удаляется шнековым конвейером. Этот вид щитов применяется в ситуациях, когда нельзя допустить малейшей просадки вышележащих слоёв грунта, а специальные методы проходки тоннелей в неустойчивых водонасыщенных грунтах (замораживание, водопонижение) не оправдывают себя.
- Механизированный щит с гидропригрузом — механизированный щит, в котором разработанный грунт сначала подаётся в камеру гидропригруза, в которую, в свою очередь, под давлением (до нескольких десятков атм) подаётся бентонитовый раствор. Смешиваясь с ним, измельчённый разработанный грунт отводится по трубопроводу на поверхность, где в сепараторе отделяется от бентонита, который возвращается обратно в камеру гидропригруза. Это весьма дорогой, но наиболее современный вид щитов, который в отношении отсутствия просадок вышележащих слоёв грунта ещё более совершенен, чем щит с грунтопригрузом.
Немеханизированные щиты используются для проходки коротких тоннелей (длиной до 1,0-1,5 км) в слабых, раздробленных породах, а механизированные щиты — при сооружении тоннелей большой протяжённости в однородных породах. Щитовой способ с помощью механизированных щитов обеспечивает высокие темпы проходки. Так, при проходке перегонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена в протерозойских (кембрийских) глинах была достигнута рекордная скорость проходки: 1250 погонных метров в месяц[2].
Производители
правитьК крупнейшим мировым производителям механизированных щитов относятся следующие компании:
- Herrenknecht
- Hitachi, Ltd.
- Caterpillar
- Mitsubishi Heavy Industries
- Robbins
- Wirth
- Palmieri
- Скуратовский опытно-экспериментальный завод[3]
Так, ТПМК «Надежда» диаметром 10,5 м, работавший на двухпутном тоннеле Невско-Василеостровской линии Петербургского метро, разработан Метростроем совместно с немецкой компанией Herrenknecht AG[4]
История
правитьПервый в истории проходческий щит был сконструирован английским инженером Марком Брюнелем при сооружении тоннеля под Темзой в 1825 году. Изобретателю пришла в голову идея этого устройства, когда он наблюдал, как корабельный червь прокладывает дорогу в твёрдой дубовой щепке. Брюнель заметил, что только лишь голова маленького моллюска покрыта жёсткой раковиной. С помощью её зазубренных краёв червь буравил дерево. Углубляясь, он оставлял на стенках хода гладкий защитный слой извести[5].
См. также
правитьПримечания
править- ↑ WELTREKORD. HAUPTDURCHSCHLAG BEIM JAHRHUNDERT-BAUWERK GOTTHARD. Дата обращения: 4 января 2011. Архивировано 9 декабря 2010 года.
- ↑ Проходка тоннеля щитовым способом . Подземный эксперт. Дата обращения: 23 мая 2018. Архивировано 24 мая 2018 года.
- ↑ ИСПЫТАН НОВЫЙ ЩИТ СКУРАТОВСКОГО ЗАВОДА . Дата обращения: 3 февраля 2019. Архивировано 4 февраля 2019 года.
- ↑ Щитовая проходка перегонных тоннелей . Дата обращения: 29 января 2017. Архивировано из оригинала 2 февраля 2017 года.
- ↑ Дэвид Маколи. Туннель под Темзой // Как это построено: от мостов до небоскребов. Иллюстрированная энциклопедия = Building Big. — М.: Манн, Иванов и Фербер, 2015. — С. 69. — 192 с. — (МИФ. Детство). — 5000 экз. — ISBN 978-5-00057-364-8. — ISBN 978-5-00100-686-2. Архивировано 17 мая 2017 года.