Сила тяжести щита – это сумма тяжести всего оборудования, установленного в корпусе щита, отвала, силового гидроцилиндра, шарнирного гидроцилиндра, трубоукладчика, кабины оператора, винтового конвейера (камнедробилки и линии подачи и выгрузки глины для щитов с балансом глинистой воды) и т. д. В общем, взаимосвязь между силой тяжести щита (W) и диаметром щита (D) выглядит следующим образом:
(1) Для щитов, выкопанных вручную или полумеханических щитов:
(3-6),
(2) Для механических щитов:
(3-7),
(3) Для щитов с балансом глинистой воды:
(3-8),
(4) Для щитов с балансом давления грунта:
(3-9),
где: D – внешний диаметр щита (м);
W – сила тяжести основного каркаса щита (кН).
5) Движущая сила щита Fe
При проектировании движительной установки (пропульсивной установки) щита рассматриваются следующие основные элементы сопротивления:
Сопротивление оболочки щита окружающим пластам во время продвижения щита – F1, сопротивление продвижению лопастной панели – F2, сопротивление трению между тюбингом и хвостовой частью щита – F3, сопротивление проникновению срезного кольца в пласт – F4, сопротивление повороту (конструкция кривой и отклонение) – F5, буксировочное сопротивление соответствующего прицепа после буксировки – F6. Тяга должна быть с достаточным запасом, общая тяга обычно в 1.5 – 2 раза больше общего сопротивления.
(3-10),
где: F e– суммарная тяга щитового оборудования (кН);
A – коэффициент запаса прочности, обычно от 1.5 до 2:
F d – общее сопротивление продвижению щита, Fd = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6.
Иногда Fd также можно оценить по следующей формуле:
(3-11),
где: D – внешний диаметр щита (м).
P J– эмпирическая тяга на единицу вынимаемой поверхности, то есть удельная тяга; обычно 700 – 1100 кН·м2 для открытых щитов и 1000 – 1500 кН·м2 для щитов с закрытым забоем.
(1) Периферийная сила реакции во время продвижения щита F1
1. Для песчаной почвы:
(3-12),
где: F1 – сила периферийной реакции при продвижении щита, то есть сопротивление трения между корпусом щита и окружающими пластами (кН).
D – внешний диаметр щита (м);
L – общая длина щита (м);
P e – сила вертикального давления грунта, действующая на верхнюю часть щита (кПа);
K – коэффициент статического давления грунта на забой;
γ – плавающий вес грунта на забое (кН·м3);
μ1 – коэффициент трения между пластом и оболочкой щита; обычно принимается равным μ1 = 1/2 tanφ, где φ – угол трения в почве;
W – сила тяжести основного каркаса щита (кН).
Его также можно оценить по следующей формуле:
(3-13),
где F1 – периферийная сила реакции во время продвижения щита (кН);
μ1 – коэффициент трения между пластами и корпусом щита;
D – внешний диаметр щита (м);
L – общая длина корпуса щита (м);
P m – среднее давление грунта, действующее на щит (кПа);
W – Сила тяжести основного каркаса щита (кН).
2. Для глинистых почв
(3-14),
где: D – внешний диаметр щита (м);
L – общая длина корпуса щита (м);
C – связность грунта на забое (кПа).
(2) Сопротивление продвижению режущей пластины F2
Для ручных и полумеханических щитов сопротивление движению в основном представляет собой силу реакции опоры на поверхности забоя, а для механических и закрытых щитов – это сопротивление движению, действующее на резец, и давление в почвенном отсеке, соответственно, рассчитываемое по следующему уравнению:
(3-15),
где F2 – сопротивление продвижению лопастной панели (кН);
D – внешний диаметр щита (м);
P f – давление перед выемкой грунта; щит с балансом глинистой воды – расчетное давление глинистой воды в грунтовом отсеке; щит с балансом давления грунта – расчетное давление грунта в грунтовом отсеке (кПа).
(3) Сопротивление трению между тюбингом и хвостовой частью щита F3
(3-16),
где: F3 – сопротивление трению между тюбингом и хвостовой частью щита (кН);
n 1 – количество колец тюбингов в хвосте щита;
W s – сила тяжести тюбингового кольца (кН);
μ2 – коэффициент трения между щеткой и тюбингом (обычно от 0.3 до 0.5);
D s – внешний диаметр тюбинга (м);
b – длина контакта между каждой щеткой и тюбингом (м);
P t – давление смазки внутри щетки (кПа);
n 2 – количество слоев хвостовой щетки щита.
(4) Сопротивление проникновению срезного кольца в пласт F4
1. Для песчаных почв:
(3-17),
где: F4 – сопротивление проникновению срезного кольца в пласт (кН);
D – внешний диаметр переднего щита (м);
D i – внутренний диаметр переднего щита (м);
P 3 – среднее давление грунта при установке срезного кольца(кПа);
t – глубина внедрения срезного кольца в пласт (м);
K p – коэффициент пассивного давления на грунт;
P m – среднее давление грунта, действующее на щит (кПа).
2. Для глинистых почв:
(3-18),
где: С – связность грунта у забоя (кПа).
Остальные показатели имеют то же значение, что и раньше.
(5) Сопротивление повороту F5
