Туннельный щит представляет собой защитную структуру , используемую во время раскопок крупных, искусственных туннелей . При выемке грунта, который является мягким, жидким или нестабильным, существует потенциальная опасность для здоровья и безопасности рабочих и самого объекта из-за падающих материалов или обрушения. Туннельный щит можно использовать как временную опорную конструкцию. Он находится в месте для обычно короткого промежутка времени от момента , когда секция туннеля выкапывается , пока он не может быть выстроен с постоянной несущей конструкцией. Постоянная конструкция может состоять, в зависимости от периода, из кирпича, бетона, чугуна или стали. Хотя современные щиты обычно имеют цилиндрическую форму, первый «щит», разработанный Марком Исамбаром Брунелем, на самом деле представлял собой большую прямоугольную железную конструкцию, напоминающую подмостки, с тремя уровнями и двенадцатью секциями на каждом уровне с прочной несущей верхней поверхностью. Строение защищало людей от обвалов, пока они работали в нем, роя туннель перед щитом.
История [ править ]
Первый успешный прямоугольный щит для проходки туннелей был разработан Марком Исамбардом Брюнелем и запатентован им и лордом Кокрейном в январе 1818 года. Марк Брюнель и его сын Исамбард Королевство Брюнель использовали его для рытья туннеля в Темзе, начиная с 1825 года (хотя туннель открывался только в 1843 году) ). [1] Брунель, как говорят, был вдохновлен на свой дизайн панцирем корабельного червя Teredo navalis , моллюска, чью способность пробивать подводную древесину он наблюдал во время работы на верфи. [1] Щит был построен Maudslay, Sons & Field. из Ламбета, Лондон, который также построил паровые насосы для осушения туннеля.
В 1840 году Альфред Эли Бич , редактор журнала Scientific American , предположил, что конструкция круглого щита будет лучше, чем прямоугольная, а в 1868 году Бич построил круглый щит, изображение которого было напечатано в статье в Нью-Йорке о его пневматической туннельной системе. идея. Конструкция была основана на решетке щита Брюнеля и привинчивалась вперед, когда забой продвигался вручную.
Первоначальный дизайн Брунеля был существенно улучшен Джеймсом Генри Грейтхедом в ходе строительства метро Tower под Темзой в центре Лондона в 1870 году. Хотя многие приписывают переход от прямоугольной формы к цилиндрической конструкции Барлоу, Грейтхед был первым, кто построил запатентованный цилиндрический проходческий щит. Стало ясно, что Бич был первым, кто предположил, что круговой дизайн будет лучше. Вероятно, самое важное нововведение Питера У. Барлоу.Запатентованная в 1864 году конструкция заключалась в том, что она имела круглое поперечное сечение (в отличие от конструкции Брюнеля, которая имела прямоугольную конструкцию), что сразу делало ее теоретически более простой в конструкции и лучшей способностью выдерживать вес окружающей почвы; теоретически, потому что Барлоу никогда не реализовывал свою запатентованную идею, в отличие от Грейтхеда.
Щит Великоголовый был 7 футов 3 дюйма (2,21 м) в диаметре.
Патент Барлоу 1864 года был дополнительно улучшен и получил предварительный патент в 1868 году, но так и не был ратифицирован, так как Барлоу умер вскоре после этого. Greathead независимо друг от друга пришли со своими собственными проектами и получил два последовательных патентов на различные конструкции щита из которых один был для строительства города и Южном Лондоне железной дороги (ныне часть лондонского метро «s Северной линии ) в 1884 году, с туннелями 10 футов 2 дюйма (3,10 м) в диаметре.
Система Грейтхеда также использовалась при прокладке ходовых туннелей диаметром 12 футов 1 3 ⁄ 4 дюйма (3,702 м) для Ватерлоо и городской железной дороги, которая открылась в 1898 году; Барлоу был совместным инженером [с Грейтхедом?] В проекте до самой своей смерти. Тоннели станции на городской станции (теперь известной как Банк) были в то время щитами для проходки туннелей самого большого диаметра в мире - 23 фута (7,0 м).
Большинство туннельных щитов по-прежнему основаны на конструкции Великоголовых щитов. [2] Грейтхед запатентовал три конструкции щита, которые описаны в статье на его имя. Кроме того, он изобрел концепцию распыляемого бетонного раствора для стабилизации земляных работ с помощью торкретбетона. Об этом свидетельствует его патент на его вторую конструкцию проходческого щита с пескоструйным поддоном, который гидравлически вводил армирующий раствор между построенной облицовкой и стеной туннеля.
Оригинальный щит Великоголовый, использованный при раскопках глубоких линий лондонского метро, остается в заброшенных туннелях под станцией Моргейт . [3]
В любой компетентной истории проектирования туннелей с использованием щитов должно быть признание трех человек по имени за их построенные конструкции: Брунель, Бич и Грейтхед. Хотя у Барлоу была идея, он так и не построил ни свой запатентованный дизайн щита, ни свой более поздний предварительный патентный дизайн, который так и не был ратифицирован. Хотя это не полная история туннельных щитов, поскольку каждый год появляется все больше свидетельств из цифровых архивов старых публикаций по всему миру, в результате график их разработки становится более последовательным и ясным, чем когда-либо прежде.
Ручное туннелирование щита [ править ]
На ранних этапах проходки щитов щит функционировал как способ защиты рабочих, которые копали и перемещали щит вперед, постепенно заменяя его заранее построенными секциями стены туннеля. Таким образом были построены первые глубокие туннели лондонского метро . Щит разделял рабочую поверхность на перекрывающиеся части, которые мог раскапывать каждый рабочий.
Современные тоннелепроходческие машины [ править ]
Проходческий туннельный станок (ТБМ) состоит из щита (большого металлического цилиндра) и продольных опорных механизмов.
Вращающийся отрезной диск расположен на переднем конце щита. За режущим колесом находится камера, в которой вынутый грунт либо смешивается с жидким навозом (так называемый жидкий раствор TBM), либо остается как есть (баланс давления грунта или экран EPB), в зависимости от типа TBM. Выбор типа ТБМ зависит от почвенных условий. Также присутствуют системы для удаления почвы (или почвы, смешанной с жидким навозом).
За камерой находится набор гидравлических домкратов, поддерживаемых готовой частью туннеля, которые используются для выталкивания ТБМ вперед. После того, как будет выкопано определенное расстояние (примерно 1,5–2 метра (5–7 футов)), с помощью монтажника строится новое туннельное кольцо. Монтажник представляет собой вращающуюся систему, которая поднимает сборные железобетонные сегменты и помещает их в желаемое положение.
За щитом внутри готовой части туннеля можно найти несколько опорных механизмов, которые являются частью ТБМ: удаление грязи, трубопроводы для пульпы, если применимо, диспетчерские, рельсы для транспортировки сборных сегментов и т. Д.
Подкладка [ править ]
Облицовка туннеля - это стена туннеля. Обычно он состоит из сегментов сборного железобетона, образующих кольца. Чугунные футеровки традиционно использовались в туннелях лондонского метрополитена , в то время как стальные футеровки иногда использовались в других местах. Концепция использования сборных формованных секций футеровки не нова и была впервые запатентована в 1874 году Джеймсом Генри Грейтхедом . [ необходима цитата ]
Щиты в Японии [ править ]
В Японии существует несколько инновационных подходов к экранированию туннелей, например, двойной O-Tube или DOT-туннель. Этот туннель выглядит как два перекрывающихся круга. Существуют также щиты с компьютеризированными руками, которые можно использовать для рытья туннелей практически любой формы. [4]
См. Также [ править ]
- Разработка длинных забоев , метод добычи угля с использованием ряда гидравлических щитов.
Ссылки [ править ]
- ^ a b Беккет, Деррик (1980). Британия Брюнеля . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз . ISBN 0-7153-7973-9 . Глава 10: «Туннели».
- ^ Джон С. Гиллхэм, Ватерлоо и городская железная дорога , Oakwood Press, Usk, 2001, ISBN 0 85361525 X
- ^ "The Tube: An Underground History, трансляция 16 мая 2013" . bbc.co.uk. 2013 . Проверено 17 мая 2013 года .
- ^ "Особые туннели щита" . Nippon Civic Consulting Engineers Co., Ltd . Проверено 24 июля 2011 .
Внешние ссылки [ править ]
- Изображение ручного проходки туннелей с использованием щита Greathead.
