Тоннелепроходческая машина (ТПМК), также известная как мол, используется для строительства тоннелей в твердых или мягких породах. В процессе резки используется вращение режущей головки (оснащенной дисковыми резцами) и давление лезвия для выемки грунта на забое породы. В основном, захватные и щитовые ТПМКидеально подходят для проходки тоннелей в сложных скальных условиях со средним и высоким временем стояния.
Стоимость строительства тоннелей с использованием ТПМК выше, чем при традиционных методах. Однако дополнительные расходы могут быть компенсированы более высокими ставками аванса (покрытия). Но если скорость износа инструментов увеличивается слишком сильно из-за прочности породы или других неблагоприятных критериев, ремонт и техническое обслуживание штатного резца приведет к длительному времени простоя.
Из-за большого времени простоя сокращается время работы устройства, что приводит к снижению эффективности и увеличению затрат. Поэтому логистические процедуры ТПМК должны быть разработаны очень тщательно.
Кроме того, в случае традиционных методов, можно реагировать на взаимодействия туннель-порода либо путем разделения вынутого участка, либо путем быстрой адаптации крепи к геологической ситуации. Но, с ТПМК это невозможно.
Прежде всего, выбор ТПМК требует гораздо более тщательного геологического обследования, чем при буровзрывных работах. Поэтому очень важной становится комплексная подготовка всей процедуры вождения и сопровождения.
1. Преимущества и недостатки ТПМК по сравнению с традиционными методами тоннелирования
Преимущества и недостатки привода ТПМК по сравнению с традиционными методами проходки тоннеля заключаются в следующем:
1.1 Преимущества
Может быть достигнут определенный профиль выемки грунта.
Более высокие темпы авансирования достижимы.
Работа полностью автоматизирована и непрерывна.
Низкие трудозатраты.
Лучшие условия эксплуатации.
Возможна полная механизация и автоматизация привода.
1.2 Недостатки
Высокие финансовые вложения.
Конкретная и подробная геологическая информация является обязательным условием для ТБМК.
Для проектирования машины требуется более длительное время подготовки.
ТПМК имеет ограничения по радиусам кривых, особенно по кривым с малым радиусом; Вращать всю установку ТПМК сложно.
Адаптация к различным типам пород и притоку воды ограничена определенным уровнем.
Стоимость транспортировки ТПМК до места тоннеля очень высока.
2. Основной принцип построения
Основными элементами ТПМК являются режущая головка, режущая головка с приводными двигателями режущей головки, рама машины, а также приводные и зажимные устройства. Эти фундаментальные элементы образуют четыре системные группы ТПМК.
Система растачивания
Упорная и зажимная система
Система удаления навоза
Система поддержки
2.1 Система бурения
Буровая система является важным элементом, так как она определяет эффективность ТПМК. Он состоит из режущей головки с установленными над ней дисковыми фрезами.
При вращении режущей головки настройка дисков должна быть такой, чтобы вся режущая поверхность проходила в виде концентрических дорожек. Выбор режущей головки и дисков зависит от типа породы и простоты резки.
Вращающаяся режущая головка прижимает диски с высоким давлением к поверхности, производя режущее движение по поверхности. Давление на режущей кромке дисковых резцов превышает прочность на сжатие породы и локально перемалывает ее.
2.2 Упорная и зажимная система
Система тяги и зажима влияет на скорость продвижения ТПМК. Скорость пробега ТПМК обычно составляет до 2,0 м в сутки.
Эта система отвечает за упреждающий толчок и процесс растачивания. Система упора обеспечивает толчок к режущей головке через гидравлические цилиндры. Таким образом, эта система контролирует движение режущей головки. Система зажима ограничивает возможную тягу и выдерживает моменты, возникающие при вращении режущей головки.
2.3 Система удаления навоза
Прорезь вокруг края режущей головки известна как режущий ковш. Режущий ковш соединен с конвейерными лентами и собирает навоз, образующийся рядом с режущей головкой, который в конечном итоге утилизируется за пределами туннеля.
Для того, чтобы удалить грязь из тоннеля, следует использовать эффективную систему, которая не должна мешать подаче ТПМК и основных вспомогательных систем.
Проблемы могут возникнуть как с ковшом режущей головки, так и с конвейерной лентой, если препятствие вызвано более крупными блоками породы. Это затруднило бы работу ТПМК.
2.4 Система поддержки
Использовать ТПМК в хрупких породах сложно, потому что с увеличением диаметра туннеля он будет погружаться в воду. Поэтому для предотвращения проходки ТПМК предусмотрены опоры.
Для тоннелей меньшего диаметра опоры предусмотрены вокруг задней тележки позади ТПМК. В то время как в случае тоннелей большего диаметра, в дополнение к опорам вокруг задней тележки, предусмотрены опоры для продвижения, такие как анкерные болты и усиление зонта.
Для защиты зон разломов следует использовать опоры, такие как болты, трубы, инъектирование раствора и замораживание грунта, над режущей головкой или перед ней. Тем не менее, система поддержки кровельного щита более полезна во время продвижения в зонах разломов. Эта система поддержки кровельного щита защищает членов экипажа, работающих за режущей головкой, от камнепадов.
В настоящее время используются в основном два типа ТПМК. В первом типе тоннель, проходящий через захватный ТПМК, образует единый инвертированный сектор. Этот перевернутый сектор обеспечивает как временную, так и постоянную опору, а также полезен при монтаже рельсов задней тележки и рельсового конвейера.
Второй тип – это тоннель, проходящий через щит ТПМК, в котором щит гарантирует временную опору к породе по периферии тоннеля. Железобетонные сегменты в основном используются для опоры. Сегменты устанавливаются монтажником по отдельности и обеспечивают немедленную опору. Поддержка сжатого воздуха и давления грунта выгодна для щитового ТПМК при попадании воды.
3. Виды ТПМК
В прошлом для механизированной проходки тоннелей в твердых или мягких породах использовались различные типы ТПМК. Тем не менее, в современном процессе проходки тоннелей используются две основные категории ТПМК. ТПМК с полным выемом грунтом и ТПМК для частичной выемки.
3.1 ТПМК с выемкой грунта по всему забою
Ниже приведены различные типы ТПМК с выемкой грунта в забое:
Захватный ТПМК
Щитовой ТПМК
3.1.1 Захватный ТПМК
Захватный ТПМК является самой старой формой ТПМК. В основном он полезен в твердых породах со средним и высоким временем стояния. В таких породах потребность в непрерывной опоре, такой как скальные анкеры, стальные арки и торкрет-бетон, значительно меньше. Таким образом, более высокие темпы продвижения возможны за счет создания большей тяги. Для создания тяги за режущей головкой захватный ТПМК должен быть радиально прикреплен к стенке тоннеля с помощью зажимных башмаков. Такие зажимные башмаки называются захватами.
Грейферные ТПМК далее подразделяются на открытые ТПМК, ТПМК с кровельной системой, с кровельными и боковыми башмаками рулевого управления, а также с щитком режущей головки.
3.1.1.1 Открытый ТПМК
Открытый ТПМК подходит только на участках туннеля меньшего диаметра, так как за режущей головкой не предусмотрена защита.
3.1.1.2 ТПМК со щитком крыши
Процесс строительства тоннеля с использованием ТПМК с кровельным щитом аналогичен открытому ТПМК. Тем не менее, кровельный щит обеспечивает защиту от камнепадов на протяжении всей выемки грунта. Такие кровельные щиты устанавливаются позади режущей головки.
3.1.1.3 ТПМК с кровельным щитком и боковыми башмаками рулевого управления
Башмаки бокового рулевого управления обеспечивают дополнительную поддержку в передней части машины при перемещении машины и рулевом управлении во время растачивания.
3.1.1.4 ТПМК с щитом режущей головки
Щиток режущей головки обеспечивает защиту рабочих, работающих под расположением режущей головки. При перемещении машины футеровка щита режущей головки также вносит свой вклад в переднюю опору.
3.1.2 Щитовой ТПМК
Щитовой ТПМК является недавним изобретением. Он полезен как в твердых, так и в трещиноватых породах со средним и высоким временем стояния. Щитовые ТПМК подразделяются на одинарные щитовые ТПМК, двойные щитовые или телескопические щитовые ТПМК.
3.1.2.1 Однощитовой ТПМК
ТПМК с одним щитом в основном используются в твердых породах с умеренным временем стояния. Система режущей головки и система удаления навоза такие же, как и в захватном ТПМК. Тем не менее, этот тип ТПМК полезен для поддержки тоннеля в течение короткого периода времени. Щит полностью простирается над всей машиной со стороны режущей головки.
В отличие от захватного ТПМК, машина движется вперед с помощью упорных домкратов непосредственно против существующей туннельной опоры.
3.1.2.2 ТПМК с двойным щитом или телескопическим щитом
ТПМК с двойным щитом или телескопическим щитом аналогичен ТПМК с одинарным щитом для перемещения машины в трещиноватой породе с умеренным временем стояния. Тем не менее, он имеет следующие отличия от однощитового ТПМК:
ТПМК с двойным щитом состоит из двух первичных щитов: переднего щита и щита захвата.
Машина может адекватно зажиматься в радиальном направлении в туннеле с помощью зажимных устройств. Кроме того, там, где геология плохая, она может оттолкнуться от существующей футеровки в направлении привода.
Передний щиток может обеспечивать тягу, не затрагивая щит захвата.
Базовая операция также возможна без настройки футеровки.
ТПМК с двойным щитом также имеет недостатки по сравнению с ТПМК с одним щитом. Когда ТПМК с двойным щитом используется в трещиноватой породе с высокой прочностью, задний щит может препятствовать попаданию материала в узел удаления навоза.
3.2 ТПМК для частичной выемки грунта
Для полного забоя ТПМК могут вырыть туннель с ограниченным диаметром. Кроме того, выкопанный профиль ограничен круглым сечением. Таким образом, для строительства тоннелей большого диаметра и некруглого сечения используются ТПМК для частичной выемки грунта. ТПМК для частичной выемки грунта подразделяются на укрупненные ТПМК и уникальные машины для некруглого сечения.
3.2.1 Увеличенный ТПМК
Он используется для строительства тоннелей диаметром более 8 метров. Во-первых, участок тоннеля увеличивается за счет непрерывного пилотного хода, который полностью вбивается в центр тоннеля. После этого происходит укрупнение тоннеля с помощью укрупненных ТПМК.
3.2.2 Уникальные машины для некруглых профилей
Все типы машин, которые выполняют выемку забоя в частичном процессе и, таким образом, позволяют выполнять секции, варьирующиеся от круглых, относятся к категории уникальных машин для некруглых секций.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Что такое ТПМК?
Тоннелепроходческая машина (ТПМК), также известная как крот, используется для строительства тоннелей в твердых или мягких породах.
Какие бывают виды ТПМК?
В современном процессе проходки тоннелей используются две основные категории ТПМК. ТПМК с полным выемом грунтом и ТПМК для частичной выемки. ТПМК с полным проходом включает в себя захватные и щитовые ТПМК, а ТПМК для частичной выемки включает в себя увеличенные ТПМК и уникальные машины для некруглых участков.
Какие системы поддержки предусмотрены в ТПМК при продвижении в зонах разломов?
Для защиты ТПМК от зон разломов над режущей головкой или перед ней предусмотрены вспомогательные системы, такие как анкерные болты, трубы, закачка цементного раствора и замораживание.
Для чего нужна система поддержки кровельного щита?
Система поддержки кровельного щита полезна во время продвижения в трещиноватой породе. Эта система поддержки кровельного щита защищает членов экипажа, работающих за режущей головкой, от обвалов породы.
В чем важность прокладки щитового туннелирования?
Прокладка щитового тоннеля в основном используется в твердых породах с умеренным временем стояния и в трещиноватых породах, поскольку щит полностью распространяется на всю машину от режущей головки и обеспечивает безопасность всей конструкции.