φ – угол внутреннего трения грунта в камере; в случае щита с балансом глинистой воды это смесь ила и глинистой воды, угол внутреннего трения обычно принимается равным φ = 5°.
P w – установленное давление грунта (кПа) в грунтовом отсеке, или давление глинистой воды в случае щита с балансом глинистой воды.
7) Мощность главного привода W0
(3-32),
где: W0 – мощность системы главного привода (кВт);
A w – коэффициент запаса мощности, обычно от 1.2 до 1.5;
T – номинальный крутящий момент фрезы (кН∙м);
ω – угловая скорость фрезы, ω = 2πn/60, n – скорость вращения фрезерной головки (об/мин);
η – эффективность системы главного привода.
8) КПД двигательной установки Wf
(3-33),
где: Wf– мощность двигательной установки (кВт);
A w– коэффициент запаса мощности, обычно от 1. 2 до 1. 5;
F – максимальная тяга (кН);
V – максимальная скорость движения (м/ч);
η w – КПД двигательной установки; ηw = ηpmηpvηc, ηpm – механический КПД двигательного насоса, ηpv – объемный КПД двигательного насоса, ηc – КПД муфты сцепления валов.
9) Возможность одновременного использования системы цементирования
(1) Теоретический объем цементации на одно кольцо тюбинга Q
(3-34),
где: Q – строительная пустота на кольцо тюбинга, то есть теоретический объем цементации на кольцо тюбинга (м3);
D – диаметр забоя (м);
D s – внешний диаметр тюбинга ;
L – ширина тюбинга (м).
(2) Минимальное время продвижения каждого цикла t
(3-35),
где: L – длина пласта (м);
V – максимальная скорость движения (м/ч).
(3) Теоретическая мощность цементации t
(3-36),
где: q – теоретическая производительность синхронной цементационной системы (м3/ч);
D – диаметр забоя(м);
D s – внешний диаметр трубного листа (м);
V – максимальная скорость движения (м/ч).
(4) Номинальная производительность цементирования
Номинальная производительность синхронного цементировочного насоса q p учитывает скорость закачки пласта λ и производительность цементировочного насоса η и определяется по формуле:
(3-37),
где: λ – коэффициент стратиграфической закачки, варьируется в зависимости от пласта, обычно 1.5 ~ 1.8;
D – диаметр забоя (м);
D s – внешний диаметр тюбинга (м);
V – максимальная скорость движения (м/ч);
η – производительность шламового насоса.
10) Система транспортировки глинистой воды
(1) Гидродинамометр глинистой воды
1. Извлеченный расход грунта QE
(3-38),
где: QE– расход грунта в забое (м3/ч);
D – диаметр забоя (м);
V – максимальная скорость движения (м/ч).
2. Скорость бурового раствора на выходе Q2
(3-39),
где: Q2– расход бурового раствора (м3/ч);
Q E – расход извлеченного грунта (м3/ч);
ρE– плотность извлеченного грунта (т/м3);
ρ1 – плотность подачи бурового раствора (т/м3);
ρ2 – плотность разгрузки бурового раствора (т/м3).
3. Расход подачи бурового раствора Q1
(3-40),
где: Q1 – расход подачи бурового раствора (м3/ч);
Q 2 – расход сброса бурового раствора (м3/ч);
Q E – расход выемки (м3/ч).
Подача и сброс бурового раствора должны учитывать определенный запас, коэффициент запаса обычно составляет 1.2 ~ 1.5. В то же время, принимая во внимание систему транспортировки глинистой воды в режиме байпаса, подачу и сброс бурового раствора равных характеристик, при подаче шламового насоса выбор величины его вытеснения не должен быть меньше, чем теоретический поток сброса.
(2) Расчет расхода подачи и сброса бурового раствора
1. Скорость потока в трубе подачи бурового раствора
(3-41),
где: V1 – скорость потока в трубе подачи бурового раствора (м/ч);
Q 1 – расход бурового раствора (м3 /ч);
D 1 – внутренний диаметр трубы для подачи бурового раствора (м).
2. Скорость расхода в грунтопроводе где:
(3-42),
где: V2 – скорость расхода в грунтопроводе (м/ч);
Q 2 – расход сброса бурового раствора (м3/ч);
D 2 – внутренний диаметр грунтопровода (м).
3.3. КОНТРОЛЬ ОСАДКИ ЩИТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
Технология щитовой проходки является одним из наименее нарушающих городское подземное строительство методов, но, как и в случае с другими методами строительства, из-за геологических условий и техники строительства трудно полностью избежать нарушения окружающей среды при щитовом продвижении, и поэтому существует вероятность оседания грунта. В тяжелых случаях может возникнуть угроза безопасности прилегающих зданий, дорог и подземных сетей трубопроводов, что в конечном итоге может привести к серьезным последствиям, как показано на рис. 3.15 и рис. 3.16. Этот раздел посвящен механизму нарушения грунта при строительстве во время щитовой выемки грунта и представляет методы прогнозирования и контроля осадки грунта.
Рис. 3-15. Наклон здания
Рис. 3-16. Растрескивание грунта
3.3.1. Механизм нарушения почвы при щитовой выемке грунта
По мере продвижения щита, оседание или поднятие фундамента происходит накладываясь друг на друга, процесс показан на рис. 3-17 и наконец достигает своего конечного значения. Где стадии 1 и 2 находятся до прохождения щита, стадия 3 – во время прохождения щита, а стадии 4 и 5 – это явления, происходящие после прохождения щита. Эти явления не являются неизбежными, и при условии, что схема туннелирования щита и параметры выбраны соответствующим образом, продольная деформация фундамента может быть сведена к минимуму. Краткое описание причин и механизмов оседания на каждом этапе приведено в таблице 3-5.
