Помимо вышесказанного, щитовая проходка – это особенное оборудование, а проектирование геологической адаптации данного устройства является ключевым фактором при выполнении или невыполнении работ. Выбор проходческого щита должен быть детально спроектирован в соответствии с конкретными инженерно-геологическими и гидрометеорологическими условиями. Ключевой является способность адаптации к геологическим условиям проходческого щита, необходимо удостовериться, чтобы спроектированное оборудование при производстве работ отвечало требованиям «умение проникнуть, устоять, выйти и выдержать», что и является принципом «четырех умений» ключевых технологий проходки.

1) Умение проходить.

Режущее устройство и головная часть щита должны обладать геологической направленность, при проектировании головной части, выборе и расположении ножей необходимо подходить с рационализмом.

Структура ротора (рабочего органа) и компоновка ножей должны быть четко спроектированы. В песочных, гравийный грунтах и слоях с галькой малой фракции лучше применять режущие головки спицевидного типа (лучевого), как показано на рис. 2-20а. Степень открытости для такого вида режущих головок достаточно большая (70–75%), это удобно для контроля грунтопригруза и это уменьшает износ режущих головкок; расположение режущих головок по уровня, увеличивает размер сплава, чтобы усилить его устойчивость удару. В глинистых грунтах лучше использовать лучевые режущие головки малого диаметра, как показано на рис. 2-20b. В глинистых слоях возможно образование глинистой корки, а режущие головки лучевого типа малого диаметра обладают в центре опорной конструкцией из труб, что помогает в снижении формирования глинистой корки. В слоях с гравием больших фракций лучше использовать комплексные режущие головки лучевого типа, как показано на рис. 2-20с. Износ резцовой головке от таких геологических слоев большой, поскольку гравии большого диаметра непросто промолоть, а лучевые конструкции способствуют уменьшению крутящего момента, большая степень открытости помогает выбросу гравия. Применение вращающихся фрез может сыграть перемалывающую роль (перемалывание вместе с выбросом), одновременно с этим добавляет износоустойчивость режущим головкам. В скальных слоях лучше использовать комплексную резцовую головку, как показано на рис. 2-20d, поскольку она обладает достаточно большой перемалывающей способностью.

Китай – это страна с обширной территорией и со сложной геологической системой. Потому через классификацию геологических перегонов строительства проходческим щитом, обобщение типичных вопросов в части «возможности проходки» при строительстве проходческим щитом, через анализ характеристики различных земляных пластов и в сочетании с типичными вопросами при проходке эффективность работ имеет большую зависимость от разных компоновок ножей для разных пластов.

В соответствии с геологическими материалами, районы в Китае по разрушаемости рабочего органа проходческого щита делятся на четыре группы: чрезвычайно повышенного урона, повышенного урона, среднего урона и низкого урона, как показано на рис. 2-21. Крайне легкоразрушаемые районы включают в себя: Пекин, Гуанчжоу, Чэнду, Шэньчжэнь. Легкоразрушаемые: Шэньян, Сямэнь, Ухань, Фучжоу, Харбин, Далянь, Чанша, Наньнин, Куньмин, Нанкин, Дунгуан, Урумчи. Средней степени разрушаемости: Наньчан, Сиань, Тайюань, Нинбо, Ланьчжоу, Хэфэй; низкого уровня разрушаемости: Шанхай, Тяньцзинь, Чжэнчжоу, Чанчунь, Сучжоу, Ханчжоу, Шицзячжуан, Уси, Гуйян, Чанчжоу, Вэньчжоу, Сюйчжоу, Цзинань.

Рис. 2-20. Рабочие органы для различных слоев

Районы с высоким содержанием окатанного гравия, верхние слои которых слабые, нижнетвердые, крайнетвердый слой и выветрелый пласт со сферической формы гранитом и другие сложные геологические слои относятся к зонам чрезвычайно повышенного урона. В данных районах содержание гравия превышает 50%, внутренний угол трения превышает или равняется 35°, содержание кварца высокое, находятся валуны с большими фракциями и высокой прочностью, предельная прочность при одноосном сжатии превышает 150 МПа. Среди потерь эффективности резцовой головки можно выделить следующие: повреждение вращающихся фрез, резцов, скребков, зазубренных ножей и центрального ножа. На резцовой головке должны быть вращающиеся фрезы, резцы, боковые скребковые установки и передние ножи, необходимо увеличить степень открытости, чтобы гравий после перемалывания проходил через резцовую головку, тем самым снизить износ режущих головок.

Зоны повышенного урона включают в себя широко распространенные гальку и круглую гальку, содержание гравия ниже 50%, внутренний угол трения 30–35°, высокое содержание кварца, с прослойками валунов, достаточно высокая предельная прочность при одноосном сжатии горных пород (больше или равно 100 МПа). Резцовой головке, снабженной вращающимися фрезами или резцами, необходимо увеличить степень открытости, тем самым позволяя проходить через кольцо породам с большими фракциями, чтобы снизить износ ножей.

В зонах со средним уровнем содержания гравия средней фракции 20–30%; высокое содержание глинистых частиц в пылеватом глинистом слое, поэтому легко может образоваться глиняная корка в центре рабочего органа, тем самым подвергнуть оборудование клинообразному износу. Среди потерь эффективности резцовой головки в таких районах можно выделить следующие: клинообразный износ вращающихся фрез, разрыв ножевого кольца, опадение скребковой установки. В данных районах на резцовой головке должны быть главным образом резцы и скребки, иногда вращающиеся резцы, благодаря корректировке степени открытости можно осуществить проход гравия больших фракций через резцовую головку, тем самым снизить урон режущим головкам.

В районах с низким износом содержатся главным образом глинистые грунты, которые очень часто однородны и редко содержат или вообще не содержат крупнозернистый грунт, галька может быть заложена очень глубоко. Проходческий щит в таких грунтах легко разрабатывает породы и продвигается вперед, его нагрузки равномерно распределены. В этом районе возникают глинистые корки в центре резцовой головки, клинообразные износы ножей. Главным образом среди ножей встречаются скребки. Часто при производстве работ применяются материалы, улучшающие свойства грунтов, чтобы избежать формирования глинистой корки и потери стабильности при разработке пород, тем самым снижая риск возможного урона режущим ножам.

Одновременно с контролем производства работ необходимо отрегулировать параметры проходки в соответствии с геологическими условиями. При «слепой» или «своевольной» проходке возможно нанесение ущерба оборудованию, а также возникновение поломок.

2) Умение выбросить.

При осуществлении проходки необходимо рационально спроектировать винтовой конвейер (для ТПМК с грунтопригрузом) и системы разделения бетонного раствора (ТПМК с гидропригрузом). Эффективность производства работ проходкой не только заключается в эффективности разработки пород резцовой головкой, но также обретает ключевую важность и возможность быстро вывести разработанный грунт, поэтому при проектировании щита необходимо полноценно продумать способ шлакоудаления. Например, в водонасыщенных слоях лучше применять шнековый транспортер осевого типа (в нижней части или в хвосте находится затворка, откуда выбрасывается разработанный грунт). При большом количестве разработанного грунта можно не использовать ленточный конвейер для выброса, а взамен применять систему перекачки разработанного грунта с поддержкой давления; в слабых и песчаных грунтах использовать лучше шнековый транспортер осевого типа (в нижней части находится затворка, откуда выбрасывается разработанный грунт); в слоях с гравием больших фракций можно применять ленточный шнек для выброса грунта. С этой точки зрения улучшение разработанного грунта, циркуляция глиняной смеси и смыв будут играть ключевую роль.