1) Классификация щитов с гидропригрузом

Щиты с гидропригрузом можно разделить на щиты с непосредственным контролем и щиты с косвенным контролем.

(1) Проходческие щиты с гидропригрузом прямого контроля

Как показано на рис. 1-18, система глинистой воды щита прямого контроля использует режим баланса глинистой воды. Передняя часть данного механического щита снабжена уплотнительным сепаратором, резцовой головкой и приводным гидроцилиндром; между сепаратором и забоем образован резервуар для глинистой воды, а внутренняя часть заполнена глинистым раствором. Принцип работы заключается в использовании объема циркулирующей суспензии для регулировки и контроля давления глинистого раствора. Глинистый раствор используется в качестве опорного материала; глинистый раствор подается в камеру для грязи и используется для образования непроницаемой пленки грязи на забое. Давление поддерживается за счет натяжения пленки, чтобы сбалансировать давление почвы и воды в забое (стабилизация забоя).

После того, как извлеченный шлак и глинистый раствор смешиваются, глинистый раствор транспортируется шламовым насосом на станцию отделения глинистой воды. После этого она входит в резервуар для регулировки глинистой воды. Наконец отправляется в резервуар щита с помощью шламового насоса для повторного использования. Объем циркулирующей суспензии в вышеупомянутом шламовом резервуаре может быть выполнен путем регулировки скорости грязевого насоса или регулировки открытия регулирующего клапана.

Рис. 1-18. Щит с гидропригрузом прямого контроля (японская система)

(2) Щит с гидропригрузом с косвенным контролем

На рис. 1-19 показан щит с гидропригрузом с косвенным контролем. Шламовая система состоит из двух контуров глинистого раствора и воздуха, поэтому ее также называют комбинированным режимом. На рисунке щит с грунтопригрузом с косвенным контролем вставлен с полуотделителем в резервуар для глинистой воды. Глинистый раствор под давлением заполняется перед полуотделителем, а сжатый воздух заполняется выше линии оси щита полуотделителя для образования воздушного буферного слоя. Давление воздуха действует на поверхность контакта с глинистым раствором за полуотделителем. Поскольку газ и жидкость на контактной поверхности имеют одинаковое давление, поэтому до тех пор, пока давление воздуха регулируется, можно поддерживать соответствующее давление глинистого раствора в забое.

При проходе щита из-за потери глинистого раствора или изменения скорости движения, количество отправляемой и выгружаемой глинистого раствора теряет равновесие, и поверхность контакта с воздухом-жидкостью будет колебаться вверх и вниз. В это время с помощью датчика уровня жидкости скорость бурового насоса регулируется в соответствии с изменением уровня жидкости, так что уровень жидкости восстанавливается до заданного положения, чтобы поддерживать гидравлическую стабильности забоя. Производительность бурового насоса увеличивается с уменьшением уровня жидкости и уменьшается с увеличением уровня жидкости. На самом высоком и самом низком уровнях жидкости имеется ограничитель. Буровой насос останавливается, когда жидкость снижается до самого низкого уровня или достигает самого высокого уровня. Из-за воздушного буферного слоя уровень жидкости колеблется, это не оказывает очевидного влияния на изменение давления поддерживающего раствора.

Рис. 1-19. Щит с гидропригрузом с косвенным контролем (немецкая система)

(3) Анализ различий

1. По сравнению с однокабинной конструкцией щита с гидропригрузом прямого контроля щит с гидропригрузом косвенного контроля в резервуаре для глинистой воды имеет резервуар для воздушного балласта с двухкабинной конструкцией, в которой земляной резервуар заполнен глинистым раствором под давлением и соединен с резервуаром на воздушной подушке через погружную стенку внизу, чтобы сбалансировать внешнее давление воды и почвы. Можно увидеть, что управление щитом с гидропризрузом прямого контроля стало намного проще, упрочнение почвенного защитного слоя в забое стало еще надежнее, а контроль деформации поверхности стал эффективнее.

2. В щите с гидропригрузом прямого контроля колебания давления глинистой воды в кабине экскаватора довольно велико, как правило, в пределах ± (0.5 ~ 1.0) бар (рис. 1-20a), а щит с гидропригрузом косвенного контроля может точно контролировать и регулировать давление через систему сжатого воздуха, поэтому колебания давления в кабине экскаватора невелики, как правило, ± (0.1 ~0.2) бар (рис. 1-20b).

Рис. 1-20. График колебания давления щита с гидропригрузом

1) Образование системы щита с гидропригрузом

Щит с гидропригрузом состоит из следующих пяти систем: система проходки щита, которая использует резцовую головку для выемки на всей поверхности забоя во время продвижения; система циркуляции глинистой воды, которая может регулировать физические свойства глинистого раствора, направлять ее к забою для поддержания его стабильности; интегрированная система управления, которая комплексно управляет состоянием подачи и вывода глинистой воды, давлением глинистой воды и состоянием работы оборудования по очистке глинистой воды; система разделения и очистки глинистой воды; синхронная система цементной затирки швов на стенах.

Взяв в качестве примера щит с гидропригрузом прямого контроля, кратко представим типичный системный состав щита с гидропригрузом.

(1) Система циркуляции глинистой воды используется для регулировки физических свойств глинистого раствора, поддержания стабильности забоя и транспортировки глинистой воды из резервуара на станцию разделения с помощью бурового насоса. Система состоит из отправляющего (выгружающего) бурового насоса, отправляющей (выгружающей) буровой трубы, удлинительного трубопровода, вспомогательного оборудования и т. д. Среди них трубопровод подачи глинистой воды, ведущий в переднюю кабину в щите, разделен на пять секций (две, ведущие к резервуару для глинистой воды в верхней части; две, ведущие к резервуару на воздушной подушке в нижней части; и одна, ведущая к резервуару для глинистой воды в середину через центральное поворотное соединение); трубопровод для сброса грязи (трубопровод в нижней части щита) оснащен P2.1 насосом, промежуточным бустерным насосом P2.i и промежуточным бустерным насосом P3, а также другими насосами для выброса глинистой воды; плотность и расход глинистой воды измеряются гамма-плотномером и электромагнитным расходомером, установленными на каждом трубопроводе, соответственно, положительное количество глинистой воды контролируется шламовым насосом.

Основным рабочим механизмом системы циркуляции глинистой воды является: буровой насос P1.1 и промежуточный насос Р1.i, транспортирующие новый глинистый раствор, приготовленный в шламовом резервуаре, в шламовый отсек по трубе; шламовый насос P2.1, который выносит шлак из глинистой воды и оборудования для очистки глинистой воды, транспортируемого на землю по трубе, отделены.

Методы управления системой циркуляции глинистой воды подразделяются на ручное управление, полуавтоматическое и автоматическое. Режим автоматического управления включает в себя пять видов режима: раскопка, байпасирование, изоляция (при захвате), обратный цикл (также известный как регрессивный режим) и выключение (рис. 1-21).