Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором
The article considers the of processes of creation of tunnel machines of TBM type. The offered chart of a tunnel building allows to increase the operation speed. Co-operation with the developed soil is considered to determine the productivity of forming process.
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23393 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором / І.А. Свєшніков, С.П. Шевчук, В.М. Гарнець, С.В. Зайченко, О.В. Матвєєв // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 78-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23393 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-233932025-06-03T16:03:53Z Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором Свєшніков, І.А. Шевчук, С.П. Гарнець, В.М. Зайченко, С.В. Матвєєв, О.В. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения The article considers the of processes of creation of tunnel machines of TBM type. The offered chart of a tunnel building allows to increase the operation speed. Co-operation with the developed soil is considered to determine the productivity of forming process. 2010 Article Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором / І.А. Свєшніков, С.П. Шевчук, В.М. Гарнець, С.В. Зайченко, О.В. Матвєєв // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 78-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23393 622.232.5.05 uk Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| spellingShingle |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Свєшніков, І.А. Шевчук, С.П. Гарнець, В.М. Зайченко, С.В. Матвєєв, О.В. Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
The article considers the of processes of creation of tunnel machines of TBM type. The offered
chart of a tunnel building allows to increase the operation speed. Co-operation with the developed
soil is considered to determine the productivity of forming process. |
| format |
Article |
| author |
Свєшніков, І.А. Шевчук, С.П. Гарнець, В.М. Зайченко, С.В. Матвєєв, О.В. |
| author_facet |
Свєшніков, І.А. Шевчук, С.П. Гарнець, В.М. Зайченко, С.В. Матвєєв, О.В. |
| author_sort |
Свєшніков, І.А. |
| title |
Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором |
| title_short |
Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором |
| title_full |
Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором |
| title_fullStr |
Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором |
| title_full_unstemmed |
Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором |
| title_sort |
тунелепрохідницький щит з формуючим ротором |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23393 |
| citation_txt |
Тунелепрохідницький щит з формуючим ротором / І.А. Свєшніков, С.П. Шевчук, В.М. Гарнець, С.В. Зайченко, О.В. Матвєєв // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 78-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT svêšníkovía tuneleprohídnicʹkijŝitzformuûčimrotorom AT ševčuksp tuneleprohídnicʹkijŝitzformuûčimrotorom AT garnecʹvm tuneleprohídnicʹkijŝitzformuûčimrotorom AT zajčenkosv tuneleprohídnicʹkijŝitzformuûčimrotorom AT matvêêvov tuneleprohídnicʹkijŝitzformuûčimrotorom |
| first_indexed |
2025-11-24T03:13:52Z |
| last_indexed |
2025-11-24T03:13:52Z |
| _version_ |
1849639863201038336 |
| fulltext |
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
78
УДК 622.232.5.05
І. А. Свєшніков
1
, С. П. Шевчук
2
, доктора технічних наук, В. М. Гарнець
3
,
С. В. Зайченко
2
, канд. техн. наук, О. В. Матвєєв
2
1
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.M. Бакуля НАН України, м . Київ,
2
Національний технічний університет “КПІ”, м. Київ
3
Київський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ
ТУНЕЛЕПРОХІДНИЦЬКИЙ ЩИТ З ФОРМУЮЧИМ РОТОРОМ
The article considers the of processes of creation of tunnel machines of TBM type. The of-
fered chart of a tunnel building allows to increase the operation speed. Co-operation with the de-
veloped soil is considered to determine the productivity of forming process.
У зв’язку зі збільшенням чисельності населення великих міст, попиту і вартості зе-
мельних ділянок, збільшується обсяги будівництва підземних споруд. Єдиним можливим
рішенням при розв’язанні транспортних і комунікаційних завдань сучасного міста є
будівництво підземних транспортних тунелів і колекторів [1].
Існуючі технології фірм ―Herrenknecht‖, ―Robbins‖, ―Wirth‖ при будівництві тунелів і
колекторів передбачають застосування тунелепрохідницьких щитових комплексів, які дають
змогу підтримувати в забої навколишні породи щитом під час встановлення кільцевого оброб-
лення. Унаслідок підготовки ґрунту з метою його формування і стабілізації кріплення
здійснюють за просуванням щита. Оброблена поверхня уможливлює встановлення тюбінгового
оброблення безпосередньо на відформовану поверхню, виключаючи трудомісткі процеси пер-
винного та контрольного нагнітання пісчаного розчину з високим вмістом цементу за кріплення
тунелю.
Крім того, можна відрізнити такі переваги, пов’язані з експлуатацією тунелю за роз-
робленою технологією:
одразу після монтажу до роботи приєднуються елементи кріплення разом з
навколишнім масивом, що запобігає розвитку деформацій контуру виробки;
стабілізується ґрунтовий масив навколо тунелю і, отже знижується гірський тиск на
оброблення;
виключається або зводиться до мінімуму осад ґрунту.
Можливість будівництва за наведеною підтверджує вітчизняна технологія зведення
збірних оброблень, що розпираються в породу [2]. Цяа технологія передбачає силовий вплив на
гірський масив, з метою його формування і стабілізації, що, як наслідок, так само виключає про-
цеси первинного і контрольного нагнітання пісчаного розчину за кріплення тунелю [3]. Разом з
тим технологія збірних оброблень, що розпираються в породу має й недоліки, що призводять до
ускладнень, а в окремих випадках деяких випадках унеможливлюють її застосування:
практично неможливо отримати рівномірне обтискання по периметру кільця через
виникаючі сили тертя по зовнішній поверхні оброблення, оскільки ці сили вдвічі, а то
й втричі знижують тиски, що реалізовується при обтисканні, пружного опору ґрунту
на максимальній відстані від точки кільця, де прикладається зусилля обтискання;
створене обтисканням у ґрунт попереднє напруження може бути надто нерівномірним
по периметру кільця, що призводить до несиметричного та нерівномірного наванта-
ження оброблення.
Нажаль, за ринкових умов відсутня інформація про конструктивні особливості сучас-
них прохідницьких щитів іноземних виробників, зокрема щодо підготовки ґрунту для вста-
новлення кріплення безпосередньо на відформований і стабілізований ґрунт.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
79
Аналіз існуючої технічної та економічної інформації [4, 5], вітчизняний досвід будів-
ництва тунелів дають змогу запропонувати нові технологічні схеми будівництва прохідниць-
кими щитами без первинного і контрольного нагнітання пісчаного розчину за кріплення ту-
нелю шляхом попереднього формування стабілізованого шару ґрунту.
Схему прохідницького щита зі стабілізацією і обтисканням ґрунту при будівництві
тунелів методом роликового пресування показано на рис. 1. Щит 1 і ротор 4 рухаються в
напрямі вибою за рахунок зусилля щитових домкратів 3, які впираються у збірне кріплення
2. Щитові домкрати 3 рухають щит, формуючу секцію опалубки 2 і ротор 4 в напрямі вибою.
Обертаючись, ротор 4 розробляє ґрунтовий масив і подрібнена гірська порода частково
потрапляє під укочувалні ролики 5. Ролики 5 втискають подрібнену гірську породу в
радіальному напрямі й ґрунтовий масив ущільнюється по внутрішній периферії підземної
споруди. Відформований у затрубному просторі ґрунт так само ущільнюється і за потреби
змішується із закріплювачем, утворюючи жорстку ґрунтову оболонку.
Формування сбілізуючого шару методом роликового пресування дає змогу створити
оболонку з наджорстких сумішей високої густини, водонепронепроникні та хімічно стійкі з
покращеною (без видимих пор) поверхнею [6]. Результати лабораторних та промислових
досліджень засвідчуть доволі високу міцність утворюваних поверхонь. Так, при роботі рото-
ра з розчином бентоніту, що потребується для сталого процесу розроблення гірничого маси-
ву, міцність утвореної оболонки дорівнює 0,09МПа [7]. При додаванні в’яжучого у вигляді
цементу свіжовідформований шар має міцність 0,4МПа [8], що достатньо для безпосеред-
нього монтажу кріплення на свіжовідформований шар.
Рис. 1. Схема прохідницького щита зі стабілізацією і обтисканням ґрунту методом
роликового пресування (привод ротора і тюбінгоукладач не зображені)
Для розроблення прохідницького щита за запропонованою технологією будівництва
тунелю необхідно створити методику розрахунку параметрів машини, яка враховуватиме
особливості контактної взаємодії роликових робочих органів з гірським масивом. Характер
та інтенсивність контактних тисків, що виникають внаслідок формування розробленої
гірської суміші, визначаються реакцією гірського масиву.
Одним з основних параметрів процесу будівництва тунелю є швидкість руху
прохідницького щита, яка залежить від продуктивності його головних елементів. У
досліджуємому випадку необхідно поєднати процеси розроблення гірського масиву, скла-
дання кріплення і формування стабілізуючого шару. Продуктивність перших двох процесів
доволі точно можна визначити за основними положеннями теорії різання ґрунтів та основа-
ми технології будівництва тунелів. При описуванні процесу формування стабілізуючого ша-
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
80
ру ґрунту можливо застосувати основні положення теорії роликового формування [9] з ура-
хуванням особливостей кругової траєкторії руху роликів і кривизни основи.
З метою визначення продуктивності процесу утворення стабільного шару ґрунту
розглянемо процес його формування (рис. 2.) При цьому вважаємо, що формуючий ролик і
утворене вироблення циліндричної форми, а також те, що вироблення достатньо жорстке,
щоб вважатися жорсткою основою. Відокремимо в зоні початку взаємодії ролика з оброблю-
ваним середовищем елемент шириною dx , обмежений поверхнями ролика і вироблення.
Початок захоплення середовища роликом характеризується кутом захоплення . На елемент
діють сили, що утворюються в результаті контактної взаємодії котка і оброблюваного сере-
довища. Інтенсивність взаємодії ролика із середовищем характеризується нормальною p і
тангенціальною складовими загального тиску дії ролика на середовище в цій точці.
Оскільки тангенціальна складова утворена тертям середовища по ролику, її значення за-
лежить від добутку нормального тиску p і коефіцієнта тертя середовища по поверхні ролика
:
p . (1)
Під час дії ролика на середовище передача тиск p нижнім шарам з певним
розсіюванням, яке можливо охарактеризувати коефіцієнтом розсіювання :
p
p
. (2)
p
p
r
R
O
O
dx
X
Рис. 2. Схема діючих сил на оброблюване середовище
Аналогічно дотичній складовій тиску між роликом і середовищем можна подати до-
тичну складову тиску між середовищем і основою :
p (3)
З огляду на зазначене, розглянемо рівновагу елемента, проектуючи діючі на нього си-
ли на вісь OX :
0 cos
cos cos cos cos
dx dx dx dx
X p p
. (4)
Підставивши формули (1) - (3) в вираз (4), отримаємо:
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
81
cos cos sin sin 0
cos cos cos cos
dx dx dx dx
X p p p p
. (5)
Через рівність катетів, що протилежні кутам і , взаємозв’язок останніх набирає
вигляду:
sin
arcsin
r
R
.
У наслідок малих значень кута можна стверджувати наступне:
sin tg .
Підставивши значення кута у (5), дістанемо :
arctan .
1 r
R
(6)
Визначивши кут захоплення роликом середовища, розрахуємо продуктивність
процесу формування:
22
(1 cos )
60
n
П kz B R R r ,
де k – коефіцієнт ущільнення розпушеної породи; z – кількість роликів; n – частота обер-
тання роторного робочого органу; B – довжина ролика.
Залежність продуктивності процесу формування від його геометричних і трибологічних
параметрів вироблення можна зобразити графічно представити графічно (рис. 3). Результати
аналізу зміни продуктивності процесу формування вироблення від співвідношення радіусів
ролика r та радіусу вироблення R , а також коефіцієнта свідчить про її підвищення зі
збільшення співвідношення /r R і коефіцієнта тертя . Причому значний приріст
продуктивності цього процесу слід очікувати при збільшенні розмірів формуючих робочих
органів порівняно з підвищенням продуктивності від збільшення коефіцієнта тертя .
Рис. 3 Залежність продуктивності формування П від співвідношення радіусів роли-
ка r та вироблення R і коефіцієнта тертя .
На основі отриманих залежностей продуктивності процесу формування вироблення
від умов формування шару ґрунту зі сталими властивостями можна створити методику роз-
рахунку основних конструктивних параметрів формуючих органів машини.
Література
1. Маковский Л. В. Подземные транспортные сооружения в крупных городах за рубе-
жом. – М.: Издательство ГОСНИИ, 1979. – 40 с.
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
82
2. Лысиков Б. А., Розенвассер Г. Р., Шаталов В. Ф. Строительство метрополитена и под-
земных сооружений на подрабатываемых территориях: Учеб. пособие для вузов / Под
ред. Проф. Б. А. Лысикова .– Донецк: Норд-Пресс, 2003. – 304 с.
3. СН 322-74. Указания по производству и приемке работ по строительству в городах и
на промышленных предприятиях коллекторных тоннелей, сооружаемых способом
щитовой проходки. – М: Госстрой СССР,1973. – 24 с.
4. Величкин Е., Ленец П. Строительство тоннелей и метрополитенов. – М.: Транспорт,
1971. – 392 с.
5. Строительство тоннелей в сложных горно-геологических условиях / Сост.: Л. Н. Бе-
режная, Л. М. Калякина, Л. Т. Садчикова. – Фрунзе: Илим, 1983. – 564 с.
6. Гарнець В. М., Зайченко С. В. Високоефективне обладнання для виробництва пустот-
них панелей // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини: Республ. між від.
наук.-техн. зб.-к. – К.: Вид-во КНУБА, 1998. – Вип. 52. – С.78 – 82.
7. ГОСТ 28177-89. Глины формовочные бентонитовые. Общие технические условия.
8. Зайченко С. В. Експериментальні дослідження роликового формування // Гірничі,
будівельні, дорожні та меліоративні машини: Республ. між від. наук.-техн. зб.-к. – К.:
Вид-во КНУБА, 2000. – Вип. 56. – С. 82–87.
9. Зайченко С.В. Контактна взаємодія робочих органів безвібраційних бетоноформую-
чих агрегатів при виробництві пустотних панелей : Автореф. дис. канд. техн. наук. –
Київ: Вид-во КНУБА, 1995. – 20 с.
Надійшла 24.03.10
УДК 622.244.46
А. Н. Давиденко, д-р техн. наук, А. А. Игнатов
Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Украина
ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН
The subject of the article is the analysis of technology of drilling with application gasliquids
mixes.
Введение
Практикой буровых работ как в Украине, так и за рубежом [1; 2] доказано, что газожид-
костные смеси, применяемые в качестве очистных агентов при бурении скважин различного
назначения, обеспечивают значительное повышение механической скорости бурения и сниже-
ние затрат времени на ликвидацию геологических осложнений, благодаря чему появились зна-
чительные резервы повышения производительности и экономичности буровых работ. Вследст-
вие низкой плотности газожидкостных систем давление в кольцевом пространстве скважины
невысокое, что и рекомендуется при разбуривании зон поглощения промывочной жидкости.
Очистка скважины с использованием газожидкостных систем способствует также достижению
более высокой скорости проходки. Исходя из этого, приходим к выводу, что в настоящее время
технология бурения с применением газожидкостных смесей является одной из прогрессивных в
области буровых работ. Вместе с тем существуют нерешенные задачи, что сдерживает более
широкое использование газожидкостных смесей в практике сооружения скважин [3].
Цель настоящей работы – на основе теоретического анализа по данным исследований
явлений, происходящих в скважине при циркуляции газожидкостных систем, выяснить воз-
|