способ сооружения тоннеля и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сооружения тоннеля, содержащий строительство входного и выходного котлованов, проходку из выходного котлована по трассе сооружаемого тоннеля направляющей скважины с прокладкой в ней крепежной трубы, размещение во входном котловане домкратной станции, расширение скважины при одновременном осуществлении процессов выдавливания из скважины крепежной трубы под действием домкратной станции, разработки грунта в забое и его отгрузки, возведение обделки тоннеля, отличающийся тем, что выдавливание крепежной трубы производят путем введения в скважину закрепленного на переднем торце щита нажимного цилиндра и последующего воздействия через него на нее, а расширение направляющей скважины осуществляют за нажимным цилиндром в нижней части щита в забое, имеющем в поперечном сечении форму арки, ширина основания которой превышает диаметр направляющей скважины и в вершину которой вписан контур направляющей скважины.

2. Устройство для сооружения тоннеля, включающее щит с ножеупорной секцией и гидроцилиндрами управления, домкратную станцию и установку для разработки и транспортирования грунта, отличающееся тем, что щит снабжен нажимным цилиндром, неподвижно прикрепленным одним торцом к переднему торцу ножеупорной секции, его оболочка выполнена в поперечном сечении в виде арки, ширина основания которой превышает наружный диаметр нажимного цилиндра, а внешний контур последнего в его поперечном сечении вписан во внешний контур вершины оболочки, при этом установка для разработки и транспортирования грунта размещена за нажимным цилиндром в нижней части щита.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к горному делу и строительству и может быть использована, например, при сооружении тоннеля мелкого заложения и изготовлении устройства для сооружения такого тоннеля.

Одним из основных требований при сооружении тоннелей мелкого заложения, например тоннелей под железными и автомобильными дорогами, является минимизация разрушения и деформаций массива грунта над строящимся тоннелем, что особенно важно при прокладке тоннеля в неустойчивых и неоднородных грунтах.

Известен способ сооружения бестраншейных переходов трубопроводов под автомобильными и железными дорогами, содержащий строительство входного и выходного котлованов, проходку направляющей скважины с прокладкой в ней крепежной трубы, размещение во входном котловане домкратной станции, расширение скважины при одновременном осуществлении процессов выдавливания из скважины крепежной трубы, разработки грунта в забое вокруг крепежной трубы и отгрузки грунта из забоя и возведение обделки тоннеля (см., например, авторское свидетельство СССР 291065, кл. Е 21 D 9/00, опублик. 1971 г.). Указанный способ является наиболее близким к заявленному способу.

Для его осуществления применяют устройство, содержащее щит круглого поперечного сечения, домкратную станцию и установку для разработки и транспортировки грунта (см. вышеуказанный источник).

Основным недостатком этого способа является то, что в нем предусмотрено обязательное разрушение массива грунта над направляющей скважиной с крепежной трубой, которое неизбежно вызовет дополнительные деформации грунта по внешнему контуру сооружаемого тоннеля с нежелательными или недопустимыми просадками дневной поверхности земли с расположенными на ней конструкциями и сооружениями.

Из других недостатков известного способа и устройства для его осуществления следует отметить то, что в результате их применения получается круглое поперечное сечение тоннеля. В таком тоннеле пространство в нижней части всегда перекрывается горизонтальным основанием необходимой ширины для размещения на нем различных объектов. Пространство же под основанием никогда полностью не используется, вследствие чего сокращается полезный объем тоннеля.

Кроме того, в известном устройстве не предусмотрены средства для компенсации разности нагрузок на элементы, участвующих в процессе строительства конструкций, которая неизбежно возникает при проходке тоннеля по жесткой траектории, в особенности в неустойчивых и неоднородных грунтах.

Последний из указанных недостатков известного устройства может быть устранен применением тоннелепроходческого устройства, содержащего щит с ножеупорной секцией, домкратную станцию, установку для разработки и транспортирования грунта и гидроцилиндры управления движением щита (см., например, патент РФ 2160341, М.Кл.⁷ Е 02 F 5/18, опублик. 2000 г.). Данное устройство является наиболее близким аналогом заявленного устройства.

Задачей предлагаемой нами группы изобретений является создание способа сооружения тоннеля и устройства для его осуществления, применение которых в строительстве обеспечивает устранение отмеченных выше недостатков известных технических решений, а именно обеспечивает отсутствие разрушающего воздействия на массив грунта над сооружаемым тоннелем с одновременным получением контура тоннеля в поперечном сечении последнего оптимальной конфигурации в отношении полезной площади.

Поставленная задача решается тем, что в способе сооружения тоннеля, содержащем строительство входного и выходного котлованов, проходку из выходного котлована по трассе сооружаемого тоннеля направляющей скважины с прокладкой в ней крепежной трубы, размещение во входном котловане домкратной станции, расширение скважины при одновременном осуществлении процессов выдавливания из скважины крепежной трубы под действием домкратной станции, разработки грунта в забое и его отгрузки, возведение обделки тоннеля, выдавливание крепежной трубы производят путем введения в скважину закрепленного на переднем торце щита нажимного цилиндра и последующего воздействия через него на нее, а расширение направляющей скважины осуществляют за нажимным цилиндром в нижней части щита в забое, имеющем в поперечном сечении форму арки, ширина основания которой превышает диаметр направляющей скважины и в вершину которой вписан контур направляющей скважины. В устройстве для сооружения тоннеля, включающем щит с ножеупорной секцией и гидроцилиндрами управления, домкратную станцию и установку для разработки и транспортирования грунта, щит снабжен нажимным цилиндром, неподвижно прикрепленным одним торцом к переднему торцу ножеупорной секции, его оболочка выполнена в поперечном сечении в виде арки, ширина основания которой превышает наружный диаметр нажимного цилиндра, а внешний контур последнего в его поперечном сечении вписан во внешний контур вершины оболочки, при этом установка для разработки и транспортирования грунта размещена за нажимным цилиндром в нижней части щита.

Изобретения поясняются чертежами, где

на фиг.1 показан общий схематичный вид устройства для сооружения тоннеля в частичном продольном разрезе и в положении начала внедрения проходческого щита в грунт;

на фиг.2 - схематичный вид тоннеля в поперечном разрезе А-А по фиг.1.

Сооружение тоннеля начинают со строительства входного 1 и выходного 2 котлованов. В выходном котловане 2 размещают комплекс оборудования (на чертежах не показан), с помощью которого по трассе 3 сооружаемого тоннеля прокладывают микротоннель путем бурения направляющей скважины 4 с последующим введением в нее крепежной трубы 5 из железобетонных секций. Таким образом фиксируют трассу 3 сооружаемого тоннеля с закреплением массива грунта над скважиной 4.

Во входном котловане 1 вдоль трассы 3 устанавливают тоннелепроходческий щит с оболочкой 6 и ножеупорной секцией 7.

К переднему торцу ножеупорной секции 7 неподвижно прикреплен нажимной цилиндр 8, наружный диаметр которого равен наружному диаметру крепежной трубы 5. Верхняя образующая линия наружной поверхности нажимного цилиндра 8 совмещена с верхней образующей линией наружной поверхности оболочки 6 щита. Оболочка 6 щита имеет в поперечном сечении форму арки, ширина основания которого превышает наружный диаметр нажимного цилиндра 8, а во внешний контур вершины оболочки 6 вписан внешний контур нажимного цилиндра 8.

К заднему торцу ножеупорной секции 7 щита прикреплены гидроцилиндры 9 управления с упорными башмаками 10, расположенные равномерно по внутреннему контуру щитовой оболочки 6.

Сзади тоннелепроходческого щита во входном котловане 1 размещают домкратную станцию 11 с напорной плитой 12.

За нажимным цилиндром 8 в нижней части щита размещена установка 13 для разработки и транспортирования грунта, выполненная в данном случае в виде ленточного конвейера с установленным в его передней части рабочим органом.

После размещения во входном котловане 1 проходческого оборудования щит подводят к устью направляющей скважины 4 до упора нажимного цилиндра 8 в торец крепежной трубы 5.

Далее с помощью домкратной станции 11 начинают выдавливать крепежную трубу 5 из направляющей скважины 4 путем введения в последнюю нажимного цилиндра 8, поддерживая тем самым крепление скважины 4 и, следовательно, всего массива грунта над этой скважиной.

После касания ножеупорной секции 7 передней стенки котлована 1 включают в работу конвейер с грунторазрабатывающим органом установки 13 и продолжают продвигать вперед тоннелепроходческий щит, осуществляя одновременно выдавливание из направляющей скважины 4 крепежной трубы 5, расширение скважины с разработкой грунта в забое и транспортированием его из забоя и внедрение щита в массив грунта по трассе 3 тоннеля. При этом все упомянутые операции производят без разрушающего воздействия на закрепленный массив грунта над скважиной 4. Расширение скважины производят внутри щитовой оболочки 6 вышеописанной формы, т. е. в забое, ширина основания которого превышает диаметр скважины и в вершину которого вписан контур скважины 4.

После внедрения щита на всю его длину в массив грунта напорную плиту 12 домкратной станции 11 отводят назад и во входном котловане 1 размещают вдоль трассы тоннеля железобетонную секцию обделки 14 тоннеля, контур которой в поперечном сечении аналогичен внутреннему контуру щитовой оболочки 6.

Установленную секцию тоннельной обделки 14 подводят до упора к заднему торцу щитовой оболочки 6 и с помощью домкратной станции 11 внедряют в грунтовый массив вместе со щитом, осуществляя при этом вышеописанные операции по выдавливанию из направляющей скважины 4 крепежной трубы 5 и расширению скважины 4 с разработкой и транспортировкой грунта.

С целью предотвращения возможного перекоса элементов устройства при нагружении оболочки 6 щита, асимметричной относительно продольной оси нажимного цилиндра 8, включают в работу необходимое количество гидроцилиндров управления 9, упорные башмаки 10 которых, взаимодействуя с напорной плитой 12 (или с обделкой 14), компенсируют неравномерность нагрузок на конструктивные элементы устройства относительно оси направляющей скважины 4.

Аналогичным путем производят сооружение тоннеля на его полную длину.

Таким образом, применение способа сооружения тоннеля и устройства для его осуществления по предлагаемой группе изобретений позволяет осуществить сооружение тоннеля с предварительной проходкой направляющей скважины без разрушающего воздействия на массив грунта над тоннелем и с одновременным увеличением полезного пространства тоннеля, т.е. с получением формы поперечного сечения тоннеля, оптимальной с точки зрения полезного внутреннего пространства для размещения в нем людей, конструкций и др. объектов.