Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Хун Кайжун

Рис. 6-17. Схема механизма резания грунта резками: a) неэффективные зоны; b) действие силы в центральной неэффективной зоне; c) действие силы в боковой неэффективной зоне; d) действие силы при резке

(2) Механизм сгребания грунта резками

Передний и задний углы резка скошены для срезания твердых пород и сгребания мягкой почвы (рис.6-18). Как показано на рис. 6-19, при проходке грунт со шлаком движется вдоль пунктирной

линии и не попадает на нижнюю часть резка, что позволяет избежать порчи резка при проходке твердых пород. Чем дальше расположен резец от центра резцовой головки, тем выше линейная скорость и медленнее траектория движения грунта со шлаком. Таким образом можно увеличить расстояние между двумя резками.

Рис. 6-18. Формы резков

Рис. 6-19. Схема защиты резка при проходке в твердых породах

(3) Типичная форма выхода из строя К распространенным причинам выхода из строя резков относятся: поломка лезвия, отслоение твердосплавного лезвия, разрыв болтов (отверстий), износ лезвия и выкрашивание резца (рис. 6-20).

Рис. 6-20. Поломки резцов: a) износ острия; b) выкрашивание резца

3) Механизм разрушения породы стержневыми резцами

Тяжелые стержневые резцы в основном используют в галечной породе. Принцип действия заключается в «ударном» дробящем действии на гравийные, галечные и валунные породы импульсной силой, образованной скоростным вращением стержневых резцов с резцовой головкой. Стержневые резцы разрезают грунт на куски, что обеспечивает условия для работы резков. Кроме того, они увеличивают подвижность породы, значительно снижают крутящий момент для резков, повышают их эффективность и сокращают износ. Стержневые резцы обладают высокой эффективностью при работе в пластах рыхлых пород, особенно в галечном и валунном пласте. При работе в валунном пласте прочность стержневых резцов должна выдерживать ударную нагрузку, создаваемую при дроблении валунов, для избежания повреждения резцов. На рис. 6-21 показан тяжелый стержневой резец, используемый для валунного пласта.

Рис. 6-21. Тяжелый стержневой резец

В связи с тем, что в галечных пластах отсутствует связующая сила, величины крутящего момента на червячные фрезы и поддерживающей силы для дробления ими породы недостаточно. Поэтому червячные фрезы не используют для такого грунта. При низкой скорости вращения резцовой головки или недостаточном крутящем моменте стержневые резцы в галечных породах могут только играть роль рыхлителя, неспособного эффективно дробить гальку.

Стержневые резцы дробят породу ударной силой. В месте их действия образуются три зоны: зона разрушения, зона разрыва и зона без повреждений (рис. 6-22).

(1) Зона разрушения

При вращении стержневых резцов вместе с резцовой головкой они воздействуют на породу сильными ударами. В месте контакта стержневых резцов с породой возникает большая ударная сила. Когда величина этой

силы достигает или превышает величину силы сопротивления породы, в толще породы происходят разрывы, и она разрушается.

(2) Зона разрыва

Зона разрыва также называется зоной повреждения. Когда величина ударной силы стержневых резцов меньше силы сопротивления породы, в породе возникает множество повреждений. Под ударной силой появляются и расширяются трещины. При достижении определенных размеров они соединяются, и происходит раскол породы.

(3) Зона без повреждений

При ударной силе стержневых резцов меньше усталостной прочности породы сила их воздействия не вызывает появления трещин, и порода не повреждается. Ударная сила рассеивается и оказывает только шлифующее действие на данный участок. Соседние два стержневых резца, вращаясь вместе с резцовой головкой, способствуют образованию трещин рядом с зоной разрушения, их расширению и последующему расколу (рис. 6-23). Сумма величин крутящего момента (Ttot), передаваемого на резцовую головку при щитовой проходке, описывается следующей формулой:

(6-1),

где: T1 – крутящий момент, необходимый для преодоления трения вращения резцовой головки; Т 2 – крутящий момент, необходимый для преодоления силы резания резцовой головки; T 3 – крутящий момент, необходимый для преодоления силы инерции вращающихся частей.

Рис. 6-22. Схема изорванной формы

Рис. 6-23 Диаграмма взрывания каменных пород гребня

Если предположить, что эрратические валуны в пласте вызывают резкое увеличение сопротивления резания Ft, импульс на инструменте (I = RiFtdt) создается угловым моментом всех вращающихся частей M = J?. Где: Ri – установочный радиус сопротивления резания, J – момент инерции вращающейся части, ? – угловая скорость вращающейся массы, тогда:

(6-2),

Правую часть уравнения можно получить отдельно от момента количества движения каждой вращающейся части:

(6-3),

где: JC – момент инерции резцовой головки;

J M – момент инерции коренного подшипника;

J G – момент инерции редуктора;

J E – момент инерции ротора электродвигателя;

N – количество приводов;

r 1 – передаточное отношение большого зубчатого венца;

r 2 – передаточное число редуктора;

? С – угловая скорость резцовой головки.

Отсюда видно, что увеличение скорости вращения режущего диска может увеличить угловую скорость режущего диска, что способствует увеличению углового момента угловой кромки и дробления горной породы. Кроме того, если используется гидравлический привод, момент импульса двигателя не существует, и соответствующий момент импульса должен быть уменьшен. Таким образом, использование электрического привода более способствует дроблению горной породы с помощью ножа.