Длина срезного кольца LH должна определяться в соответствии с инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями вынимаемых пластов. Для щитов из композитных пластов пространство срезного кольца должно быть достаточным для формирования камеры с глинистой водой для щитов с балансом давлением грунта или щитов с балансом глинистой воды, поэтому объем грунта должен определяться в зависимости от его характеристик (форма, размер частиц) и скорости копания, а затем длина срезного кольца LH должна определяться в зависимости от объема камеры с глинистой водой. Для щита с ручной выемкой основной функцией срезного кольца является обеспечение безопасности оператора в пространстве срезного кольца, поэтому LH и форма конструкции зависят от условий грунта. Если условия грунта нестабильны, на вершине срезного кольца, на верхнем карнизе, может быть установлено расширение (верхний карниз может иметь телескопическую форму).

Рис. 3-14. Соотношение между общей длиной L корпуса щита и внешним диаметром D оболочки щита

Для щитов, выкапывающих вручную, длина опорного кольца LG определяется длиной силового гидроцилиндра и требуемым ходом штока поршня, то есть связана с шириной кольца футеровочного тюбинга. Для щитов из композитных пластов LG не только учитывает длину силового гидроцилиндра и требуемый ход штока поршня, но также учитывает требования к осевому положению установки такого оборудования, как главный подшипник лопасти, приводное устройство, центральное гибочное устройство, шлюз и шлакоразгрузчик шнекового типа.

Длина щитового хвоста LT зависит от ширины кольца футерованного тюбинга и формы конструкции. LT должен вмещать от 2 до 2.5 колец футерованного тюбинга, чтобы в случае повреждения части кольца футерованного тюбинга его можно было отремонтировать в третьем кольце. Кроме того, при большой глубине заложения и высоком давлении воды хвостовая часть щита должна иметь достаточную длину для установки уплотнения хвостовой части щита, чтобы обеспечить хорошую водонепроницаемость на поверхности вырытого туннеля.

(3-5),

где: LJ – длина упорного устройства на конце штока силового гидроцилиндра (мм);

Ls – ширина футерованного тюбинга, покрытого хвостовой частью щита (мм);

LP – длина установки хвостового уплотнения щита (мм);

C – допустимое отклонение при установке футерованного тюбинга; обычно C = 100 – 150 мм (для футеровочных колец с аксиально вставленными уплотнительными блоками длина может быть увеличена в зависимости от угла вставки аксиально вставленных уплотнительных блоков);

C' – другие допустимые отклонения (мм).

4) Сила тяжести щита W

Сила тяжести щита – это сумма тяжести всего оборудования, установленного в корпусе щита, отвала, силового гидроцилиндра, шарнирного гидроцилиндра, трубоукладчика, кабины оператора, винтового конвейера (камнедробилки и линии подачи и выгрузки глины для щитов с балансом глинистой воды) и т. д. В общем, взаимосвязь между силой тяжести щита (W) и диаметром щита (D) выглядит следующим образом:

(1) Для щитов, выкопанных вручную или полумеханических щитов:

(3-6),

(2) Для механических щитов:

(3-7),

(3) Для щитов с балансом глинистой воды:

(3-8),

(4) Для щитов с балансом давления грунта:

(3-9),

где: D – внешний диаметр щита (м);

W – сила тяжести основного каркаса щита (кН).

5) Движущая сила щита Fe

При проектировании движительной установки (пропульсивной установки) щита рассматриваются следующие основные элементы сопротивления:

Сопротивление оболочки щита окружающим пластам во время продвижения щита – F1, сопротивление продвижению лопастной панели – F2, сопротивление трению между тюбингом и хвостовой частью щита – F3, сопротивление проникновению срезного кольца в пласт – F4, сопротивление повороту (конструкция кривой и отклонение) – F5, буксировочное сопротивление соответствующего прицепа после буксировки – F6. Тяга должна быть с достаточным запасом, общая тяга обычно в 1.5 – 2 раза больше общего сопротивления.

(3-10),

где: F e– суммарная тяга щитового оборудования (кН);

A – коэффициент запаса прочности, обычно от 1.5 до 2:

F d – общее сопротивление продвижению щита, Fd = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6.

Иногда Fd также можно оценить по следующей формуле:

(3-11),

где: D – внешний диаметр щита (м).