Рис. 1-29. Схема конструкции комбинированной проходческой машины с грунтопригрузом

Если поверхность забоя не может быть самостабилизирована, необходимо использовать режим защиты экранирования EPB для проходки туннелей. В настоящее время устройство выгрузки шлака использует нижний винтовой конвейер. Когда поверхность забоя может самостабилизироваться, для проходки туннелей используется режим TВM, в это время устройство для выгрузки шлака использует центральный ленточный конвейер. Комбинированная проходческая машина может заранее изменять режим движения и метод выгрузки шлака при изменении геологии и гидрологии пласта, чтобы уменьшить влияние на опорную конструкцию, а также снизить риски проекта и сократить период строительства.

Комбинированная проходческая машина с грунтопригрузом оснащена щитами для выравнивания давления грунта и оборудованием и системами, связанными с TВM, такими как центральная система выгрузки шлака с ленточного конвейера, система проскальзывания шлака, система пылеудаления, система гравия из гальки и т. д. из TВM, и щит выравнивания давления грунта. В щите с балансом давления грунта имеется система выгрузки шлака с шнековым конвейером, система пены, система синхронного цементирования, система бентонита и т. д.

Режим 1: режим TВM с одним щитом

Комбинированная проходческая машина c грунтопригрузом / TВM использует режим TВM при движении в твердых и самостабилизирующихся горных породах и скальных образованиях, как показано на рис. 1-30. В это время используется центральный ленточный конвейер для выгрузки шлака в принимающей зоне, а проходка туннелей обладает высокой скоростью и низким крутящим моментом для повышения эффективности проходки туннелей и скорости оборудования в твердой горной породе.

При проходке туннелей в режиме TВM центральный ленточный конвейер выходит в отсек для почвы из центра главного привода, задняя часть рабочего органа оборудована желобом для шлака, а центр отсека для грунта оборудован желобом для шлака. После того, как фреза разрезает породу, шлак попадает в шлакоотвод через скребок для шлака, а затем попадает в центральный ленточный конвейер через шлакоотвод и после этого транспортируется в заднюю опорную зону с помощью соответствующего ленточного конвейера. На этом этапе в центре рабочего органа проектируется водоструйное поворотное устройство для снижения пыли и температуры.

Задняя часть тюбинга может быть заполнена мелким гравием, а затем цементным раствором (или строительным раствором) и вторичным раствором для увеличения несущей способности грунта. При проходке туннеля в открытом режиме в зоне основной машины много пыли, поэтому необходимо включить систему пылеудаления для очистки воздуха в зоне основной машины.

Режим 2: проходческий щит с грунтопригрузом

Комбинированная проходческая машина TВM используется в режиме баланса давления грунта при прокладке тоннеля в неустойчивом грунте или мягком грунте, как показано на рис. 1-31. В этом случае шлак выгружается из нижнего винтового конвейера в зоне основной машины, и оборудование должно копать под давлением, чтобы контролировать оседание грунта, поэтому должны быть активированы пеногенератор, система синхронной цементации и бентонитовая глина.

На центре ведущего привода установлено шарнирное соединение при режиме баланса давления грунта, пена и бентонит поступают в переднюю часть щита через проход роторного соединения и трубы, расположенные на фрезе для улучшения почвы. В нижней части переднего щита установлен винтовой конвейер, где почва формируется в винтовом конвейере и падает через задний люк винтового конвейера в задний поддерживающий ленточный конвейер. Датчики давления почвы установлены на переборке и стволе винтового конвейера для определения давления почвы в люке и винтовом конвейере.

Рис. 1-30. Режим проходки ТБМ с одним щитом (выгрузка шлака с центрального ленточного конвейера)

Рис. 1-31. Режим проходческого щита с грунтопригрузом (разгрузка нижнего винтового конвейера)

В связи с двумя различными схемами выгрузки шлака в зоне главного двигателя для двух различных режимов проходки, при переключении режимов требуется частичная перестройка рабочего органа с установкой дополнительных салазок для шлака.

(2) Область применения в геологии

Учитывая характеристики комбинированной проходческой машины с грунтопригрузом / TВM, оборудование может быть использовано при работе с твердыми породами, различными типами выветрившихся пород, мягкими и твердыми неровными пластами, слоями песка и гальки и мягким грунтом. Данный комбайн в основном используется в районах с относительно высокой долей твердых пород, где мягкие и твердые пласты взаимодействуют друг с другом и где местная сейсмоустойчивость.

Несмотря на то, что данная машина может быть применена к вышеупомянутым различным пластам, оборудование имеет следующие характеристики для проходки туннелей в твердых горных породах:

1) Сравнение проходческого щита с грунтопригрузом и системы привода комбинированной проходческой машины / TВM. Несмотря на то, что система привода комбинированной проходческой машины / TВM оснащена высокой скоростью и высоким крутящим моментом, двухрежимным резцом и т. д., по сравнению с однофункциональным сбалансированным щитом с грунтопригрузом, производительность проходки машины в глинистых, песчаных и булыжных пластах все еще уступает однофункциональному щиту с грунтопригрузом целевой конструкции, например, по предотвращению грязевой корки резца и высокому крутящему моменту для проходки.

По сравнению с ТВМ для твердых пород комбинированные машины для бурения с грунтопригрузом / ТВМ уступают однофункциональным ТВМ по прочности конструкции резца, способу установки инструмента, разрушающей способности инструмента, максимальной скорости привода, а также вибрация главного блока и производительность валков уступают аналогичным показателям однофункционального ТВМ.

Смена режима туннелирования требуется при изменении требований к функции туннелирования. Комбинированные машины для бурения с грунтопригрузом / ТВМ из-за различных функциональных потребностей резцевой головки, улучшенной очистки, сброса шлака и т. д., особенно для двухрежимной защитной конструкции с давлением грунта / TВM малого диаметра, смена режима в туннеле является относительно трудоемким процессом. Как правило, предварительная подготовка персонала, материалов и оборудования требует от 2 до 3 недель, и смена режима должно осуществляться в самостабилизирующихся пластах породы.

2) Комбинированная машина с глинистой водой / ТВМ

Комбинированная машина для проходки туннелей с использованием жидкой глинистой воды / ТВМ может использоваться как в режиме баланса жидкой глинистой воды, так и в режиме однощитовой ТВМ, в которой щит выгружает глинистую воду через грязевую трубу на ленточный конвейер. Комбинированная машина для проходки туннелей с использованием жидкой глинистой воды / ТВМ показана на рис. 1-32, которая использовалась при строительстве туннеля через озеро Лост в Неваде и туннеля Хернандес в США.

Рис. 1-32. Комбинированная машина с глинистой водой / ТВМ

1.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ И РАЗВИТИЕ ПРОХОДЧЕСКИХ ЩИТОВ В КИТАЕ

Китай начал изучать строительство проходческих щитов и методы щитовой проходки с 1953 года. Оглядываясь назад на историю развития технологии проходческих щитов Китая за период, более чем 60 лет, ее можно разделиться на три этапа – период зарождения технологий (1953– 2002 гг.), инновационный период технологий (2003–2008 гг.), период скачка технологий (с 2009 по настоящее время).