Туннельный щит

Туннельный щит — это защитная конструкция, используемая при рытье больших искусственных туннелей . При раскопках в мягком, жидком или нестабильном грунте существует потенциальная угроза здоровью и безопасности рабочих и самого проекта из-за падения материалов или обвала. В качестве временной опорной конструкции можно использовать туннельный щит. Обычно его устанавливают на краткосрочный период с момента выкапывания участка туннеля до момента, когда его можно будет облицовать постоянной опорной конструкцией. Постоянное строение может состоять, в зависимости от периода, из кирпича, бетона, чугуна или стали. Хотя современные щиты обычно имеют цилиндрическую форму, первый «щит», спроектированный Марком Исамбардом Брюнелем , на самом деле представлял собой большую прямоугольную железную конструкцию, похожую на леса, с тремя уровнями и двенадцатью секциями на уровень, с твердой несущей верхней поверхностью. Конструкция защищала людей от обвалов, пока они работали внутри нее, выкапывая туннель перед щитом.

История

Первый успешный прямоугольный туннельный щит был разработан Марком Исамбардом Брюнелем и запатентован им и лордом Кокрейном в январе 1818 года. Брюнель и его сын Исамбард Кингдом Брюнель использовали его для раскопок туннеля Темзы , начиная с 1825 года (хотя туннель не был открыт до 1843 года). . ^[1] Говорят, что на создание своей конструкции Брюнеля вдохновил панцирь корабельного червя , моллюска, эффективность которого при бурении затопленной древесины он наблюдал, работая на верфи. ^[1] Щит был построен компанией Maudslay, Sons & Field из Ламбета, Лондон, которая также построила паровые насосы для осушения туннеля.

В 1840 году Альфред Эли Бич , редактор журнала Scientific American , был первым, кто предположил, что круглая конструкция будет лучше прямоугольной конструкции Брюнеля. В 1868 году Бич построил круглый щит, изображение которого было напечатано в нью-йоркской новостной статье о его идее системы пневматических туннелей. Конструкция была основана на решетке щитов Брюнеля и выдвигалась вперед, когда лицо продвигалось вручную.

В 1864 году Питер В. Барлоу подал заявку на патент на конструкцию круглого поперечного сечения. Теоретически это облегчило постройку щита и позволило лучше поддерживать окружающую почву; теоретически, потому что ни один щит с использованием этой конструкции никогда не создавался. Патент Барлоу 1864 года был дополнительно улучшен, и в 1868 году ему был выдан предварительный патент, но так и не ратифицирован, поскольку вскоре после этого Барлоу умер.

Первоначальная конструкция Брюнеля была существенно улучшена Джеймсом Генри Грейтхедом , которому было предоставлено три патента на различные конструкции щитов. Кроме того, он изобрел концепцию набрызг-бетона для стабилизации земляных работ с помощью нагнетаемого бетона - пескоструйного раствора, который гидравлически впрыскивал армирующий раствор в полости между возведенной облицовкой и круглой стеной туннеля.

Грейтхед был первым, кто когда-либо использовал цилиндрический туннельный щит, что он сделал во время строительства метро Tower под рекой Темзой в центре Лондона в 1869 году. Щит Грейтхеда имел диаметр 7 футов 3 дюйма (2,21 м). Точно так же Альфред Эли Бич открыл свой туннель для публики 1 марта 1870 года.

Грейтхед также использовал один из них при строительстве железной дороги Сити и Южного Лондона (сегодня часть метро лондонского северной линии ) в 1884 году с туннелями диаметром 10 футов 2 дюйма (3,10 м). Его щит также использовался при вождении Ходовые туннели диаметром 12 футов 1 + 3 ⁄ открывшейся в 1898 году. Станционные туннели на городской станции (теперь известные как Банк) были дюйма (3,702 м) для Ватерлоо и городской железной дороги, туннельными щитами самого большого диаметра в мире на время размером 23 фута (7,0 м).

Оригинальный щит Грейтхед, использованный при раскопках глубоких линий лондонского метро, остается на месте в заброшенных туннелях под станцией Моргейт . ^[2]

Большинство туннельных щитов по-прежнему во многом основаны на конструкции Грейтхеда. ^[3]

Ручное туннелирование щита

На ранних этапах прокладки туннелей щитами щит функционировал как способ защиты рабочих, которые выполняли рытье и перемещали щит вперед, постепенно заменяя его заранее построенными секциями стены туннеля. первые глубокие туннели лондонского метрополитена Именно таким образом были построены . Щит делил рабочую поверхность на перекрывающиеся части, которые мог раскопать каждый рабочий.

Современные туннелепроходческие машины

Тоннелепроходческая машина (ТБМ) состоит из щита (большого металлического цилиндра) и прицепных опорных механизмов.

Вращающийся отрезной круг расположен на переднем конце щита. За режущим диском находится камера, в которой выкопанный грунт либо смешивается с навозной жижей (так называемая ТБМ), либо остается в исходном состоянии (баланс давления грунта или щит EPB), в зависимости от типа ТБМ. Выбор типа ТБМ зависит от почвенных условий. Также имеются системы для удаления почвы (или почвы, смешанной с навозной жижей).

За камерой находится набор гидравлических домкратов, поддерживаемых готовой частью туннеля, которые толкают ТБМ вперед. После выкапывания определенного расстояния (примерно 1,5–2 метра (5–7 футов)) с помощью монтажника строится новое кольцо туннеля. Монтажник представляет собой вращающуюся систему, которая поднимает сегменты сборного железобетона и размещает их в желаемом положении.

За щитом, внутри готовой части тоннеля, можно обнаружить несколько опорных механизмов, входящих в состав ТБМ: грязеотводы, пульпопроводы, если таковые имеются, диспетчерские, рельсы для транспортировки сборных сегментов и т.д.

Оболочка

Обделка тоннеля – это стенка тоннеля. Обычно он состоит из сборных железобетонных сегментов, образующих кольца. Чугунные футеровки традиционно использовались в туннелях лондонского метрополитена , а стальные футеровки иногда использовались в других местах. Идея использования сборных формованных секций обделки не нова и впервые была запатентована в 1874 году Джеймсом Генри Грейтхедом . ^{[ нужна ссылка ]}

Щиты в Японии

Туннелепроходческий станок для выемки двойной трубы

В Японии существует несколько инновационных подходов к защите туннелей, например, Double-O-Tube или DOT-туннель.
Этот туннель выглядит как два перекрывающихся круга. Существуют также щиты с компьютеризированными руками, с помощью которых можно прорыть туннель практически любой формы. ^[4]

См. также

Разработка длинными забоями — метод добычи угля с использованием серии гидравлических щитов.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Беккет, Деррик (1980). Британия Брюнеля . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз . ISBN 0-7153-7973-9 . Глава 10: «Туннели».
^ «The Tube: An Underground History, трансляция 16 мая 2013 г.» . bbc.co.uk. 2013. Архивировано из оригинала 28 июля 2023 года . Проверено 17 мая 2013 г.
^ Джон С. Гиллхэм, Ватерлоо и городская железная дорога , The Oakwood Press, Usk, 2001, ISBN 0 85361 525 Х
^ «Специальные щитовые туннели» . Nippon Civic Consulting Engineers Co., Ltd. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 г. Проверено 24 июля 2011 г.

Внешние ссылки

Изображение прокладки туннелей вручную с использованием щита Greathead.

[becket-10-1] Jump up to: ^а ^б Беккет, Деррик (1980). Британия Брюнеля . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз . ISBN 0-7153-7973-9 . Глава 10: «Туннели».

[2] «The Tube: An Underground History, трансляция 16 мая 2013 г.» . bbc.co.uk. 2013. Архивировано из оригинала 28 июля 2023 года . Проверено 17 мая 2013 г.

[gillham-3] Джон С. Гиллхэм, Ватерлоо и городская железная дорога , The Oakwood Press, Usk, 2001, ISBN 0 85361 525 Х

[4] «Специальные щитовые туннели» . Nippon Civic Consulting Engineers Co., Ltd. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 г. Проверено 24 июля 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]