Рис. 1-16. Применение системы уплотнения хвостовой части с тремя кордощетками

2. Система смазки для уплотнения хвостовой части щита

Неисправность хвостового уплотнения щита является одной из основных причин несчастных случаев при использовании проходческого щита в туннельных работах. Являясь одной из ключевых подсистем обеспечения нормальной проходки щита, система смазки для уплотнения хвоста щита использует пневматические насосы для впрыскивания смазки в каждую ветвь через каждый шунтирующий клапан, чтобы уплотнить хвост щита. Полость между щетками для уплотнения хвоста щита заполняется смазкой для уплотнения, чтобы предотвратить попадание воды и грязи внутрь щита. Методы управления подразделяются на ручной и автоматический, а автоматическое управление подразделено на контроль давления и контроль времени.

1.2.4. Проходческий щит с гидропригрузом

Проходческий щит с гидропригрузом (Slurry Pressure Balance Shield), сокращенно проходческий щит SPB, используется в качестве опорного материала смешанную суспензию из грязи (известна как глинистый раствор). Как показано на рис. 1-17, принцип работы заключается в следующем: глинистый раствор подается в грязевую камеру, образуя непроницаемую грязевую пленку на поверхности забоя, через которую грязевая пленка уравновешивает давление воды и почвы, действующее на забой. Извлеченный шлак транспортируется на землю в виде глинистого раствора, отделяется оборудованием для обработки грязи, а отделенная грязь и вода повторно измельчаются, а затем транспортируются к забою. Щит с гидропригрузом подходит для широкого геологического диапазона почв, от слабых слоев песчаного грунта до сложных формаций.

Рис. 1-17. Схема щита с гидропригрузом (немецкая система)

1) Классификация щитов с гидропригрузом

Щиты с гидропригрузом можно разделить на щиты с непосредственным контролем и щиты с косвенным контролем.

(1) Проходческие щиты с гидропригрузом прямого контроля

Как показано на рис. 1-18, система глинистой воды щита прямого контроля использует режим баланса глинистой воды. Передняя часть данного механического щита снабжена уплотнительным сепаратором, резцовой головкой и приводным гидроцилиндром; между сепаратором и забоем образован резервуар для глинистой воды, а внутренняя часть заполнена глинистым раствором. Принцип работы заключается в использовании объема циркулирующей суспензии для регулировки и контроля давления глинистого раствора. Глинистый раствор используется в качестве опорного материала; глинистый раствор подается в камеру для грязи и используется для образования непроницаемой пленки грязи на забое. Давление поддерживается за счет натяжения пленки, чтобы сбалансировать давление почвы и воды в забое (стабилизация забоя).

После того, как извлеченный шлак и глинистый раствор смешиваются, глинистый раствор транспортируется шламовым насосом на станцию отделения глинистой воды. После этого она входит в резервуар для регулировки глинистой воды. Наконец отправляется в резервуар щита с помощью шламового насоса для повторного использования. Объем циркулирующей суспензии в вышеупомянутом шламовом резервуаре может быть выполнен путем регулировки скорости грязевого насоса или регулировки открытия регулирующего клапана.

Рис. 1-18. Щит с гидропригрузом прямого контроля (японская система)

(2) Щит с гидропригрузом с косвенным контролем

На рис. 1-19 показан щит с гидропригрузом с косвенным контролем. Шламовая система состоит из двух контуров глинистого раствора и воздуха, поэтому ее также называют комбинированным режимом. На рисунке щит с грунтопригрузом с косвенным контролем вставлен с полуотделителем в резервуар для глинистой воды. Глинистый раствор под давлением заполняется перед полуотделителем, а сжатый воздух заполняется выше линии оси щита полуотделителя для образования воздушного буферного слоя. Давление воздуха действует на поверхность контакта с глинистым раствором за полуотделителем. Поскольку газ и жидкость на контактной поверхности имеют одинаковое давление, поэтому до тех пор, пока давление воздуха регулируется, можно поддерживать соответствующее давление глинистого раствора в забое.

При проходе щита из-за потери глинистого раствора или изменения скорости движения, количество отправляемой и выгружаемой глинистого раствора теряет равновесие, и поверхность контакта с воздухом-жидкостью будет колебаться вверх и вниз. В это время с помощью датчика уровня жидкости скорость бурового насоса регулируется в соответствии с изменением уровня жидкости, так что уровень жидкости восстанавливается до заданного положения, чтобы поддерживать гидравлическую стабильности забоя. Производительность бурового насоса увеличивается с уменьшением уровня жидкости и уменьшается с увеличением уровня жидкости. На самом высоком и самом низком уровнях жидкости имеется ограничитель. Буровой насос останавливается, когда жидкость снижается до самого низкого уровня или достигает самого высокого уровня. Из-за воздушного буферного слоя уровень жидкости колеблется, это не оказывает очевидного влияния на изменение давления поддерживающего раствора.

Рис. 1-19. Щит с гидропригрузом с косвенным контролем (немецкая система)

(3) Анализ различий

1. По сравнению с однокабинной конструкцией щита с гидропригрузом прямого контроля щит с гидропригрузом косвенного контроля в резервуаре для глинистой воды имеет резервуар для воздушного балласта с двухкабинной конструкцией, в которой земляной резервуар заполнен глинистым раствором под давлением и соединен с резервуаром на воздушной подушке через погружную стенку внизу, чтобы сбалансировать внешнее давление воды и почвы. Можно увидеть, что управление щитом с гидропризрузом прямого контроля стало намного проще, упрочнение почвенного защитного слоя в забое стало еще надежнее, а контроль деформации поверхности стал эффективнее.

2. В щите с гидропригрузом прямого контроля колебания давления глинистой воды в кабине экскаватора довольно велико, как правило, в пределах ± (0.5 ~ 1.0) бар (рис. 1-20a), а щит с гидропригрузом косвенного контроля может точно контролировать и регулировать давление через систему сжатого воздуха, поэтому колебания давления в кабине экскаватора невелики, как правило, ± (0.1 ~0.2) бар (рис. 1-20b).

Рис. 1-20. График колебания давления щита с гидропригрузом