Рис. 1-21. Режимы автоматического управления

(2) Система комплексного управления

Данная система используется для комплексного управления состоянием подачи и выброса глинистой воды, давлением глинистой воды, а также состоянием работы оборудования для его очистки.

(3) Система разделения и очистки глинистой воды

Система очистки глинистой воды используется для отделения воды и почвы от глинистой воды, сбрасываемой со щита. Система расположена на земле и состоит из двух частей: станции разделения глинистой воды и оборудования для подготовки глинистого раствора. Среди них станция разделения в основном состоит из вибрационного грохота, циклона, фильтра-пресса (или центрифуги), резервуара для хранения глинистой воды, регулировочного бака, шламового насоса и т. д.; оборудование для подготовки глинистой воды состоит из отстойника, резервуара для смешивания глинистой воды, системы пульпирования и т. д. Ниже представлено краткое введение в основные компоненты системы разделения и очистки глинистой воды.

1) Станция разделения глинистой воды

Мощность станции разделения глинистой воды обычно делится на три уровня, среди которых: объектом обработки глинистой воды первого уровня являются песок и гравий с размером частиц более 74 мк. Процесс относительно прост. Отделенные частицы почвы просеиваются с помощью оборудования, такого как вибрационный грохот или циклон, и транспортируются на автомобиле; объектом обработки глинистой воды второго уровня являются в основном мелкие частицы ила и глина размером менее 74 мк, которые не могут быть отделены на первом этапе обработки; обработка третьего уровня должна отрегулировать значение рН оставшейся глинистой воды, подлежащей выгрузке. При необходимости следует использовать фильтр-пресс (или центрифугу) для дальнейшего разделения глинистой воды и воды, чтобы можно было выгрузить оставшуюся глинистую воду и воду. Выбросы соответствуют национальным требованиям по охране окружающей среды и используемые материалы в основном представляют собой разбавленную серную кислоту или соответствующее количество углекислого газа.

Рис. 1-22. Технологический процесс производства раствора: FV – изменение вязкости воронки; YV – контроль значения вязкости

2) Оборудование для подготовки глинистого раствора

Оборудование используется для развертывания глинистого раствора, отвечающего требованиям использования щита. Оно в основном включает резервуар для остаточного раствора, резервуар для растворения глины, резервуар для чистой воды, регулировочный резервуар, резервный резервуар CMC (очиститель), перемешивающее устройство и т. д. Процесс производства глинистой воды показан на рис. 1-22. На рисунке глина и бентонит (порошковая глина) могут быть использованы для увеличения плотности, а CMC может быть добавлен для увеличения вязкости.

1.2.5. Двухрежимный и гибридный проходческий щиты

Когда туннель проходит через композитный пласт, любая из вышеперечисленных форм не может полностью соответствовать требованиям строительства туннелей. Одним из решений является выбор двух или более щитов в соответствии с определенными условиями формирования слоя, но это решение не только дорогостоящее, но и сложное для размещения нескольких щитов из-за ограничений площадки. Поэтому если позволяет пространство, необходимо расположить функциональные компоненты проходческого щита с грунтопригрузом, гидропригрузом на щите одновременно, чтобы сформировать двухрежимный или гибридный щит. Во время проходки туннелей такой щит может переключаться и корректировать свою функцию или режим работы в соответствии с геологическими и гидрологическими условиями; или выполнять аналогичное преобразование модульной конструкции различных форм функциональных компонентов щита.

Двухрежимный щит или гибридный щит, по сути, представляет собой регулировку режима поддержки забоя, а также инструмента, системы транспортировки шлака и другого оборудования.

В этом разделе в основном представлены двухрежимный щит с грунтопригрузом и гидропригрузом, а также гибридный щит.

1) Двухрежимный щит с грунтопригрузом и гидропригрузом

Двухрежимный щит с грунтопригрузом и гидропригрузом объединяет концепцию дизайна и функции щитов с грунтопригрузом и гидропригрузом. Он сочетает в себе два режима давления глинистой воды и грунта, наиболее широко адаптируется к сложным и изменчивым композитным формациям и средам. Кроме того, двухрежимный щит может переключаться между двумя различными режимами туннелирования – с грунтопригруза на гидропригруз в зависимости от условий пластов. Использование режима давления грунта может снизить затраты на строительство; режим грунтопригруза может лучше справляться со строительством туннелей в прочных проницаемых пластах при высоком давлении воды.

Как показано на рис. 1-23, на двухрежимном щите с грунто- и гидропригрузом в режиме гидропригруза винтовой конвейер убирается и фиксируется, а затем устанавливаются гравийное устройство и решетка, используемые для откачивания шлака через буровой насос; в режиме грунтопригруза необходимо удалить гравийное устройство и решетку, а затем выдвинуть винтовой конвейер для шлака. Независимо от того, что это за трансформация, она осуществляется в нестабильных пластах, что является непростым делом.

Рис. 1-23. Смена режима в двухрежимном щите

2) Гибридный щит

(1) Принцип работы гибридного щита (также называется щит с переменной плотностью) заключается в высокоэффективном, многофункциональном щите, который использует винтовой конвейер для выгрузки шлака из грунтового отсека. Он может быстро переключаться между грунтопригрузом и гидропригрузом. Щит в основном балансирует и поддерживает забой, регулируя плотность смеси бентонита и шлака. В то же время на выходе винтового конвейера установлена коробка регулировки шлака. Данный щит можно использовать как для выгрузки шлака из бурового трубопровода, так и для выгрузки шлака с ленточного конвейера для устранения частых геологических и гидрологических изменений, таких как переход грунта из мягких пород к твердым. Его структура показана на рис. 1-24.

Рис. 1-24. Структурно-функциональная схема гибридного щита

Основное отличие гибридного щита и двухрежимного щита состоит в том, что характеристики сбалансированной среды могут быть скорректированы в соответствии со стратиграфическими условиями – как твердыми, так и жидкими состояниями; во-вторых, изменение режимов может быть завершено от одного часа до одной недели и не требует давления в кабине отсека; в то время как изменение режима в двухрежимном щите занимает от одного до двух месяцев и часто требует выполнение работы в кабине отсека под давлением. Гибридный щит может быть оснащен всем сопутствующим оборудованием, обеспечивающим одновременно баланс давления в грунте и регулирующим давление в воздушной подушке, таким как винтовой конвейер, ленточный конвейер, буровой насос, буропровод, устройство регулировки давления воздуха и воздушный компрессор. Кроме того, были добавлены два уникальных устройства для адаптации к двухрежимному щиту. Этими двумя устройствами являются коробка регулировки шлака и заднее гравийное устройство. Роль регулировочной коробки для шлака заключается в использовании влажной расширенной почвы, смешанной с выгружаемым шлаком, для снижения ее плотности, чтобы удовлетворить потребности при откачке.