Наружный диаметр оболочки щита равен наружному диаметру основного корпуса щитового блока, за исключением выступающих частей (например, инструментов для избыточной экскавации, трубопровод для послестенной цементации и т. д.). Диапазон экскавации инструментов для избыточной экскавации показан на рис. 3-12.

Рис. 3-12. Диапазон экскавации инструментов для избыточной экскавации

Наружный диаметр оболочки щита (D) должен быть рассчитан на основе наружного диаметра кольца футерованного тюбинга (D0), толщины хвостовой пластины щита (t) и зазора (b) между внутренней поверхностью стенки хвостовой пластины щита и внешней поверхностью стенки кольца футерованного тюбинга, то есть:

(3-2),

Минимальное допустимое отклонение, необходимое для контроля ориентации при прокладке туннелей в изогнутых щитовых конструкциях, можно рассчитать по следующему уравнению:

(3-3)

где: δ – см. рис. 3-13. Значение отклонения δ может быть рассчитано по следующему уравнению:

(3-4),

Рис. 3-13. Схематическое изображение отклонения δ: R – радиус кривой на осевой линии изогнутого туннеля; β – угол врезания кольца облицовки изогнутого туннеля в хвостовую пластину щита; R + Д0/2 – внешний диаметр кольца футерованного тюбинга, образующий изогнутый туннель; R-Д0/2 – внутренний диаметр кольца футерованного тюбинга, образующий изогнутый туннель; l – длина изогнутого кольца футерованного тюбинга, врезающегося в пластину хвостовой части оболочки щита

Если толщина крепежной пластины уплотнительного устройства между внутренней стенкой пластины оболочки хвостовика щита и внешней поверхностью стенки кольца вкладыша равна b2, то b = b 1 + b2.Для значения b в основном используются фактические данные от 20 до 45 мм, или D0/125. Для щитовых корпусов с композитными пластами или щитовых корпусов для туннелей с малым радиусом кривой (R < 250 м) и шириной трубы B ≤ 1.5 м, целесообразно использовать большее значение b.

2) Диаметр щитовой выемки

Следует учитывать диаметр выемки фрезы, чтобы обеспечить правильный диаметр выемки даже после износа наружного кольца фрезы. При строительстве на мягком грунте диаметр выемки режущей пластины обычно больше внешнего диаметра переднего щита на 0~10 мм; при строительстве на песчано-галечном грунте или твердом скальном грунте износ режущей пластины более серьезен, и диаметр выемки режущей пластины обычно должен быть больше внешнего диаметра переднего щита на 30 мм.

3) Общая длина корпуса щита (L)

Общая длина корпуса щита L, для щитов с уравновешенным давлением земли – это общая длина от лопасти передней стороны режущего инструмента до конца винтового конвейера, для щитов с балансом глинистой воды – это общая длина от лопасти передней стороны режущего инструмента до торцевой поверхности щита.

Длина корпуса щита LM равна сумме длины срезного кольца, опорного кольца и хвостовой части щита.

Общая длина корпуса щита определяется исходя из инженерно-геологических и гидрогеологических условий пластов, условий прокладки туннеля (включая диаметр поперечного сечения, максимальный продольный уклон и минимальный радиус кривой), длины центрального гибочного устройства (длина опорного кольца должна учитывать длину центрального гибочного устройства), а также формы и ширины конструкции тюбингов.

Отношение общей длины L корпуса щита к наружному диаметру D оболочки щита обычно называют коэффициентом чувствительности щита; величина отношения L/D может отражать способность управления положением корпуса щита при проходке криволинейного туннеля.

Взаимосвязь между L и D показана на рис. 3-14. Из рисунка видно, что когда внешний диаметр D оболочки корпуса щита < 7 м, L/D ≥ 1, то чем меньше внешний диаметр D оболочки щита, тем больше отношение L/D. Когда внешний диаметр D оболочки щита корпуса щита > 7 м, L/D < 1, то чем больше внешний диаметр D оболочки щита, тем меньше отношение L/D. Как правило, отношение L/D составляет не менее 0.4. Отношение L/D группы щитов с композитными пластами обычно немного больше, чем у щитов с мягким грунтом.

Длина срезного кольца LH должна определяться в соответствии с инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями вынимаемых пластов. Для щитов из композитных пластов пространство срезного кольца должно быть достаточным для формирования камеры с глинистой водой для щитов с балансом давлением грунта или щитов с балансом глинистой воды, поэтому объем грунта должен определяться в зависимости от его характеристик (форма, размер частиц) и скорости копания, а затем длина срезного кольца LH должна определяться в зависимости от объема камеры с глинистой водой. Для щита с ручной выемкой основной функцией срезного кольца является обеспечение безопасности оператора в пространстве срезного кольца, поэтому LH и форма конструкции зависят от условий грунта. Если условия грунта нестабильны, на вершине срезного кольца, на верхнем карнизе, может быть установлено расширение (верхний карниз может иметь телескопическую форму).

Рис. 3-14. Соотношение между общей длиной L корпуса щита и внешним диаметром D оболочки щита

Для щитов, выкапывающих вручную, длина опорного кольца LG определяется длиной силового гидроцилиндра и требуемым ходом штока поршня, то есть связана с шириной кольца футеровочного тюбинга. Для щитов из композитных пластов LG не только учитывает длину силового гидроцилиндра и требуемый ход штока поршня, но также учитывает требования к осевому положению установки такого оборудования, как главный подшипник лопасти, приводное устройство, центральное гибочное устройство, шлюз и шлакоразгрузчик шнекового типа.

Длина щитового хвоста LT зависит от ширины кольца футерованного тюбинга и формы конструкции. LT должен вмещать от 2 до 2.5 колец футерованного тюбинга, чтобы в случае повреждения части кольца футерованного тюбинга его можно было отремонтировать в третьем кольце. Кроме того, при большой глубине заложения и высоком давлении воды хвостовая часть щита должна иметь достаточную длину для установки уплотнения хвостовой части щита, чтобы обеспечить хорошую водонепроницаемость на поверхности вырытого туннеля.

(3-5),

где: LJ – длина упорного устройства на конце штока силового гидроцилиндра (мм);

Ls – ширина футерованного тюбинга, покрытого хвостовой частью щита (мм);

LP – длина установки хвостового уплотнения щита (мм);

C – допустимое отклонение при установке футерованного тюбинга; обычно C = 100 – 150 мм (для футеровочных колец с аксиально вставленными уплотнительными блоками длина может быть увеличена в зависимости от угла вставки аксиально вставленных уплотнительных блоков);

C' – другие допустимые отклонения (мм).

4) Сила тяжести щита W