Uno de los elementos más importantes en la construcción de túneles y metros, para el procesamiento inicial de la roca en la que se llevará a cabo la construcción de una determinada instalación, es el escudo de túnel. Este equipo, por regla general, funciona como parte de un complejo de equipos de construcción de túneles, pero es la más importante de todas sus partes de trabajo.

Construcción de un escudo de túneles.

Como regla general, en términos diametrales, las dimensiones del escudo del túnel pueden variar de uno a diecinueve metros, que es un tamaño bastante grande. Por consiguiente, cuanto mayor sea el tamaño de la construcción, mayor será el diámetro de la pantalla de túnel seleccionada para su uso. Este producto también se suele utilizar para todo tipo de problemas, en los casos en los que se realizan trabajos bajo tierra.

Los principales elementos de trabajo del escudo de tunelización son piezas como un anillo tipo cuchillo, un anillo tipo soporte y gatos, que pueden ser panel, plataforma y fondo de pozo. Además, los elementos de las partes de trabajo del escudo incluyen tuberías, un sistema de control y particiones, que pueden ser verticales u horizontales.

Tipos de escudos de túneles

Los escudos de túneles se dividen en escudos mecánicos y no mecánicos. Un escudo no mecanizado prácticamente no realiza más funciones que la de servir como protección contra la destrucción, mientras que los trabajadores realizan todo el trabajo físico ellos mismos, utilizando martillos neumáticos.

Este tipo también incluye escudos de túneles equipados con un cajón. Se utilizan en zonas saturadas de agua. En este panel se monta una compuerta especial, donde se acumula aire a alta presión, a través del cual se bombea agua desde el suelo.

Principio de funcionamiento del escudo de túneles.

El escudo funciona mediante piezas giratorias del rotor, que están equipadas con un tipo especial de cortadores. Es debido a la rotación de estos mecanismos que se produce la destrucción de la roca. A continuación, la tierra ya procesada se suministra a través de un dispositivo transportador para su posterior transporte. Los escudos con principio de funcionamiento mecanizado también tienen subdivisiones.

Los escudos de túneles mecanizados también están equipados con elementos como un cajón. Otro tipo de escudos mecanizados son los escudos que están equipados con un elemento de trabajo como un cargador de suelo, en el que se suministra el suelo, y solo entonces se retira en una forma más triturada mediante la operación de un transportador de tornillo.

También existe otro tipo de escudos mecánicos para túneles, que están equipados con un elemento de trabajo como una carga hidráulica. En este dispositivo, el suelo se mezcla con una sustancia como una solución de bentonita, que lleva el suelo a través de una tubería a la superficie, mientras que el suelo mismo se separa de la solución, que permanece en la carga hidráulica. Sin embargo, el uso de estos modelos no es extremadamente frecuente, ya que este tipo de equipos se consideran los más costosos.

La productividad de los escudos de túneles es bastante alta, razón por la cual se utilizan ampliamente. Hoy en día, este tipo de equipo es producido por fabricantes rusos y extranjeros, y la elección de un modelo u otro depende únicamente de la naturaleza y complejidad del trabajo que se realizará.

INTRODUCCIÓN

Un escudo minero (Figura 1) es una estructura móvil ubicada en la cabecera de un túnel en construcción y garantiza la extracción segura de roca en el frente, su carga en el transporte dentro del túnel y el montaje del soporte (revestimiento). Los escudos de construcción de túneles pueden ser no mecanizados (la extracción de rocas se realiza manualmente) y mecanizados. Los escudos de túneles se están convirtiendo cada vez más en complejos de túneles. Suelen tener una sección transversal redonda, pero pueden ser rectangulares, elípticas, en forma de herradura o abiertas. Por tamaño, los tableros se dividen convencionalmente en tableros de sección grande (más de 7 m), mediana (de 7 a 5 m) y pequeña (menos de 5 m). Los escudos para túneles suelen estar hechos de metal y pueden usarse en cualquier condición minera y geológica, pero son más efectivos en suelos blandos. Para un mejor control, los escudos de túneles deben tener la maniobrabilidad necesaria, caracterizada, en particular, por la relación entre la longitud y el tamaño transversal.

Figura 1 - Complejo minero Herrenknecht-10690

El escudo de túneles fue utilizado por primera vez en Gran Bretaña por M.I. Brunel durante la construcción de un túnel bajo el río Támesis (1825). Con su ayuda se construyeron la mayoría de los túneles del metro de Moscú, San Petersburgo, Kiev y otras ciudades.

El diámetro de los túneles resultantes puede variar de 1 a 19 m. El diámetro mayor, 19 m, se encuentra en los cuatro escudos de túneles que se utilizan actualmente en la construcción del túnel ferroviario del San Gotardo en Suiza.

Para crear túneles de pequeño diámetro se utiliza perforación horizontal: longitud de hasta 2 km, diámetro de hasta 1,2 m.

APLICACIÓN DE ESCUDOS MINERO

Los cuerpos de trabajo de las pantallas de túneles existentes actúan sobre el frente principalmente mediante presión, corte o un método combinado. El método de indentación es eficaz en suelos sueltos (arenosos) y cohesivos de plástico blando (arcillosos y limosos).

La indentación se realiza mediante la parte de cabeza, que consta de un anillo de cuchillo y tiras de corte o un diafragma con ventanas a través de las cuales entra tierra en forma de pedregal o briquetas en la placa de túnel. Al excavar en suelos sueltos, las tiras de corte se realizan en forma de estantes horizontales e inclinados, interconectados por nervaduras verticales. El uso de escudos de túneles de sección media con bridas horizontales reduce el coste de 1 línea lineal. m de túnel y permite pasar hasta 400 metros lineales mensuales. El método de corte frontal es eficaz en suelos cohesivos estables, especialmente arcillas y lutitas densas. Para el corte se utilizan principalmente cuerpos de trabajo giratorios, planetarios y de fresado. Los más utilizados son los órganos giratorios que cortan la roca a lo largo de trayectorias circulares utilizando cortadores montados sobre vigas radiales. El espacio entre las vigas se utiliza para dirigir la roca cortada dentro de un escudo de túnel de sección media con alas horizontales y acceso de polietileno en Moscú y Kiev. El eje principal del cuerpo de trabajo se mueve independientemente hacia la cara a una velocidad de 5-7 mm/min.

Para mejorar el acceso al fondo y obtener un par elevado, en algunas tuneladoras el cuerpo del rotor tiene forma de cuerpo cilíndrico con un engranaje de gran diámetro y vigas radiales. En Inglaterra, al excavar en las arcillas del Cámbrico se utilizan con éxito escudos con un diámetro de 4,27 y 3,9 m con un cuerpo de trabajo giratorio en forma de cuerpo cilíndrico (tambor), equipado con seis vigas radiales externas y de diámetro interno equipadas con cortadores. del metro de Londres.

El elemento giratorio se ha utilizado con éxito en máquinas estadounidenses para perforar un túnel con un diámetro de 7,5 a 7,9 m en lutitas fracturadas blandas. Al excavar el metro de Leningrado en arcillas del Cámbrico, se utilizó con éxito un escudo de túnel con un cuerpo de trabajo planetario de 6 discos colocados sobre un soporte cruciforme, a cuyo anillo se unen 12 cubos que capturan el suelo. Otro escudo con un cuerpo planetario con una capacidad de 110 kW en forma de 2 discos montados sobre un soporte se utilizó al excavar un túnel del Metro de Moscú en arcillas carbónicas y calizas alternas con una resistencia a la compresión de hasta 300 kg / cm2. El metro de Tbilisi se está construyendo con el mismo escudo en areniscas y lutitas con una resistencia a la compresión de 450-630 kg/cm2.

Para la extracción selectiva del frente, los escudos de perforación están equipados con un cuerpo de trabajo de fresado, cuyo elemento principal es un cabezal montado sobre una varilla y equipado con cortadores. En la placa de excavación PShchM-4 con un diámetro de 4,09 m, el cabezal incluye 2 brocas de corte con un diámetro de 350 y 600 mm, que giran en diferentes direcciones. Una varilla con un cabezal de trabajo, montada de manera articulada en un diafragma instalado frente al anillo de soporte de la placa de construcción del túnel, se mueve tanto vertical como horizontalmente mediante gatos hidráulicos, y la cabeza, además, se extiende con respecto al cuerpo de la varilla. La tierra desarrollada cae y, con la ayuda de patas rastrilladoras, se carga en un alimentador de plataforma que pasa a través del orificio central del eje de la extendedora.

Con una herramienta de fresado, a veces se puede utilizar un método combinado para influir en la superficie, con el desarrollo de la parte central de la superficie mediante el cuerpo de trabajo y la parte periférica mediante el anillo de cuchilla de la placa de tunelización. En su forma pura, el método combinado está integrado en un escudo de túnel con un diámetro de 2,56 m, equipado con un cabezal de fresado que gira desde un motor de 20 kW a una velocidad de 10 rpm y tiene un grado de libertad en la dirección del Eje longitudinal del escudo.

En arenas saturadas de agua, sujetas a reducción de agua o al uso de aire comprimido, se utilizan escudos de túneles con estantes horizontales.

A una presión hidrostática superior a 3 atm, se pueden utilizar escudos de túneles sellados con un diafragma, cuyo espacio delante se llena con agua, que actúa como una carga hidráulica.

La selección del suelo en forma de pulpa del frente se realiza mediante elevadores hidráulicos o unidades de dragado.

El desarrollo de la cara se puede realizar mediante un chorro hidráulico, que se suministra desde una boquilla, o mediante un cuerpo de trabajo, por ejemplo. en forma de barra monoviga provista de una cadena con dientes cortantes. Una característica especial del escudo es la creación de un soporte a partir de hormigón prensado monolítico. Además de las pantallas de túneles que se mueven progresivamente, se conocen las denominadas pantallas giratorias.

Recientemente se han comenzado a utilizar escudos para túneles en túneles abiertos. En particular, al excavar un túnel de doble vía en el radio Frunzensky del Metro de Moscú en suelos arcillosos se utilizó un escudo abierto con una anchura de 9,02 m, una altura de 8,2 m y una longitud de 13,8 m. La cabecera del escudo está formada por dos paredes verticales laterales y una pared frontal de contorno quebrado.

La selección del suelo desde el interior de la parte de cabecera hasta una profundidad de 7,3 m se realizó mediante una excavadora equipada con una retroexcavadora y un cucharón con una capacidad de 1,4 m3, y la instalación de secciones de revestimiento cerradas en la parte de cola se realizó mediante una grúa pórtico.

Todos los escudos de túneles mecanizados están especializados y cada uno de ellos tiene un área bastante estrecha de uso más efectivo en determinadas condiciones mineras y geológicas.

Al mismo tiempo, es necesario crear escudos de túneles mecanizados universales para conducir en una amplia gama de suelos blandos (desde arena suelta hasta arcilla densa) con un método de impacto en la cara que cambia rápidamente, asegurando la estabilidad de la cara cuando el ángulo de reposo natural del suelo cambia de 90 a 40°, fuerza mínima para introducir el escudo en el suelo y libre acceso al frente.

ESCUDO MINERO (a. escudo de túneles; n. Vortriebsschield; f. bouclier d'avancement; i. escudo) es un soporte metálico móvil temporal para el fondo del pozo, bajo cuya protección se llevan a cabo los principales procesos del ciclo de excavación de túneles. El escudo para túneles se utilizó por primera vez en 1825 durante la construcción de un túnel de transporte bajo el río Támesis en Londres. El uso más eficaz de un escudo para túneles es cuando se realizan trabajos en rocas anegados débilmente resistentes.

Los escudos de túneles modernos, por regla general, tienen formas circulares (cilíndricas), con menos frecuencia rectangulares, arqueadas y otras de sección transversal. En el diseño del escudo de túneles, hay partes de hoja (frontal), soporte (principal) y cola. En la parte del cuchillo se extrae la roca; en el soporte se colocan equipos y conectores de panel para mover el panel. Bajo la protección de la sección de cola se está construyendo un soporte permanente para la excavación. Los escudos del túnel se mueven a medida que se excava la roca en el frente, generalmente empujándolos desde el soporte permanente previamente instalado con gatos hidráulicos ubicados a lo largo del perímetro de la parte de soporte del escudo. En el escudo de tunelización se puede montar lo siguiente: un mecanismo de desarrollo de la cara (cuerpo de trabajo); un dispositivo para cargar masa rocosa en un cargador minero para su posterior recarga en carros, en un transportador u otro medio de transporte minero (túnel); un mecanismo para instalar un soporte permanente, generalmente de bloque (tubos), o suministrar una mezcla de hormigón detrás del encofrado.

Dependiendo del método de trabajo de la cara, los escudos de túneles se dividen en mecanizados y no mecanizados. Los mecanizados incluyen escudos equipados con varios cuerpos de trabajo que destruyen rocas (Fig.), con mayor frecuencia de varilla, excavadora, planetaria, con destrucción hidromecánica y plataformas horizontales activas.

También se utilizan escudos de túneles especiales, incl. con cabezal cerrado para la construcción de explotaciones mineras en condiciones mineras y geológicas especialmente difíciles. Una característica distintiva de los escudos de túneles no mecanizados es la ausencia de cualquier dispositivo especial para cortar rocas. En este caso, para desarrollar la cara se utilizan martillos neumáticos, otras herramientas manuales o la cabeza puntiaguda de un escudo, presionada en la masa rocosa.

Según las dimensiones de la sección transversal, se distinguen 3 grupos de paneles: pequeños - hasta 10 m2, medianos - 10-16 m2; grande - más de 16 m 2. La división de los escudos de túneles según este indicador corresponde en cierta medida a su clasificación según el propósito de las obras. Los paneles pequeños se utilizan con mayor frecuencia en la construcción de alcantarillados urbanos (paneles colectores); medio: para trabajos mineros (escudos de rocas) y para fines de ingeniería hidráulica; los grandes: durante la construcción de ferrocarriles, túneles de carreteras y metros, obras de capital en minas, así como grandes túneles hidráulicos. Durante la construcción de minas en la cuenca de carbón de la región de Moscú, se utilizó el escudo de túneles para perforar más de 20 km de galerías principales en condiciones hidrogeológicas difíciles (1987). La longitud de los túneles colectores construidos con ayuda de escudos de túneles, generalmente en rocas arenosas y arcillosas inundadas de depósitos de cobertura, es de unos 70 km por año. Los escudos se utilizan en la construcción de tramos de túneles de transporte, escaleras mecánicas y estaciones en condiciones mineras y geológicas difíciles (hasta 10 km por año). El ritmo medio de construcción de túneles colectores de pequeño tamaño es de 70 a 90 m por mes, las velocidades récord superan los 700 m/mes. Los valores correspondientes de los mismos indicadores para grandes escudos de túneles para la construcción de túneles de larga distancia son más de 60-70 m por mes y 1240 m (túnel listo) por mes (Metro de Leningrado).

El duro trabajo manual es cosa del pasado. Hoy en día, para construir túneles de metro se utiliza una estructura totalmente automatizada y resistente llamada “escudo de perforación”. Probablemente se pueda comparar con un “gusano de acero” que perfora un camino a través de la roca, dejando tras de sí un túnel terminado. El duro trabajo manual es cosa del pasado. Hoy en día, para construir túneles de metro se utiliza una estructura totalmente automatizada y resistente llamada “escudo de perforación”. Probablemente se pueda comparar con un “gusano de acero” que perfora un camino a través de la roca, dejando tras de sí un túnel terminado.

Por cierto, según la leyenda, al inventor del primer "escudo minero" del mundo, el inglés Mark Brunel, se le ocurrió tal diseño después de observar más de cerca el "trabajo" de un gusano de barco común cuando servía en la Marina. Se dio cuenta de que la cabeza del molusco estaba cubierta por una cáscara dura, con la ayuda de cuyos bordes dentados el gusano perforó el árbol, dejando una suave capa protectora de cal en las paredes del pasaje.

La idea de una máquina que simplificó enormemente la construcción de túneles tomó forma en 1817, cuando el emperador ruso Alejandro I le pidió a Brunel que diseñara un túnel bajo el Neva en San Petersburgo. Es cierto que el ingeniero nunca logró trabajar en Rusia: el emperador finalmente decidió construir un puente en el lugar previsto.

Sin embargo, el primer escudo de Brunel fue patentado en 1818, y en 1825 se inició con su ayuda la construcción de un túnel bajo el Támesis.

En la primera máquina, el suelo fue seleccionado por 36 mineros a la vez, cada uno ubicado en su propia celda. Después de excavar el suelo unos centímetros, el escudo se movió ligeramente hacia adelante. No fue un trabajo fácil, dadas las constantes filtraciones de agua (el fondo del río se encontraba sólo unos metros por encima de los arcos de este doble túnel). Varias inundaciones en la mina se cobraron la vida de siete trabajadores y, en una ocasión, el hijo de Brunel estuvo a punto de morir. Además, el gas de los pantanos se ha encendido más de una vez en una obra subterránea. Y, sin embargo, la obra terminó triunfante. El primer día después de la inauguración de la asombrosa estructura, 15 mil personas pasaron por el túnel. Desde entonces, Gran Bretaña ha sido merecidamente considerada la pionera en la construcción de túneles con escudo, y el método del escudo en sí se ha denominado "Londres" en la literatura especializada.

En nuestro país, un escudo de túnel se utilizó por primera vez en la construcción del metro en 1934 para excavar un tramo difícil de la primera etapa del metro de Moscú entre la plaza Teatralnaya y Lubyanka.

Y durante la construcción de la segunda etapa del metro de Moscú, 42 paneles ya estaban trabajando simultáneamente en las rutas, un récord para el volumen de equipo utilizado. Desde entonces, más del 70% de los túneles del metro de la capital se han construido con esta tecnología, es decir, todas las estaciones poco profundas. Los constructores de Moscú fueron los primeros en el mundo en construir túneles inclinados utilizando escudos de perforación.

En los primeros paneles, como ya se mencionó, los trabajadores seleccionaron manualmente el suelo con un martillo neumático y lo extrajeron a través de un túnel ya construido sobre carros. Para mover el escudo hacia adelante se utilizaron gatos de tornillo, que se apoyaron en la sección terminada del revestimiento del túnel y empujaron la máquina hacia adelante.

El tamaño de los túneles creció y el diseño del "gusano" también mejoró: en su parte delantera aparecieron plataformas horizontales, que permitieron a los trabajadores desarrollar el suelo simultáneamente desde dos (y a veces más) niveles. Sin embargo, debido a la gran cantidad de mano de obra y a los frecuentes accidentes, la tasa de penetración dejaba mucho que desear.

El proceso se aceleró significativamente mediante el uso de revestimientos prefabricados a partir de elementos grandes, inicialmente tubos de hierro fundido. Se empezaron a montar anillos gigantes que formaban túneles a partir de varios elementos.

La siguiente etapa en la “evolución” de los complejos de perforación de túneles fue el desarrollo de estructuras con la llamada “carga de suelo”. Cuando se opera un escudo de este tipo, la roca primero se introduce en una cámara sellada, desde donde se elimina la tierra utilizando el principio de "picadora de carne" mediante un transportador de tornillo.

Hoy en día, los túneles se construyen en las condiciones geológicas y de ingeniería más difíciles, y los escudos modernos están diseñados para excavar túneles en diversos suelos, incluidos los inestables. Los complejos funcionan en dos ciclos: primero se cultiva el suelo, luego se construye el revestimiento y se instalan los bloques. La velocidad media de penetración de los escudos hoy en día es de 80 a 100 m por mes, el coste medio es de 20 millones de euros.

El metro también necesita túneles inclinados para las zonas de escaleras mecánicas. A petición de Mosmetrostroy, la empresa canadiense Lovat desarrolló y fabricó un complejo de perforación de túneles con un diámetro exterior de 11 m para la construcción de túneles de escaleras mecánicas. Con esta unidad, los constructores del metro de la capital fueron los primeros en el mundo en construir túneles de protección para escaleras mecánicas. Esto sucedió en la estación Maryina Roshcha.

Por cierto, la vida cotidiana de los constructores de metros no está exenta de romance: una vez Richard Lovat, el fundador del mundialmente famoso fabricante de escudos perforadores de túneles LOVAT, decidió que todos los complejos producidos por su empresa llevarían nombres de mujeres. en honor a la patrona del trabajo subterráneo, Santa Bárbara. Con su mano ligera nació una tradición: asignar nombres de mujeres a los escudos. Por eso “Claudia”, “Katyusha”, “Polina” y “Olga” trabajan en Moscú.

Un poco sobre los registros del "panel": el complejo de perforación de túneles más grande del mundo es una máquina con un diámetro de 19 metros, que en un mes puede colocar entre 250 y 300 metros de túneles en dos niveles, con capacidad para cuatro carriles de una autopista y una línea de metro. . Un milagro tecnológico tan gigantesco cuesta entre 60 y 100 millones de euros.

Y, sin embargo, el liderazgo en el uso de sistemas de perforación de túneles pertenece a Moscú. En la capital, el escudo de la empresa Herrenknecht con un diámetro de 14,2 m completó con éxito la excavación del primer túnel automático-metro combinado de Rusia a lo largo de la ruta Zvenigorodsky Prospekt, cerca de Serebryany Bor. De los 2,5 km del recorrido, 1,5 se recorrieron mediante el método del escudo.

Hoy en día, el metro de Moscú se ha convertido en una enorme obra de construcción: hasta 2015 está previsto construir más de 70 km de líneas de metro en la metrópoli. Los túneles para el nuevo metro de Moscú están siendo excavados por más de 20 enormes complejos - "topo", que garantizan alta velocidad y calidad del trabajo - y el ejército de estas máquinas insustituibles se repondrá para que en 2020 la longitud de las líneas del metro aumente 1,5 veces - hasta 451,2 km.

Al preparar el material se utilizaron fotografías de blogueros de livejournal: Alexander "Russos" Popov, Vadim Makhorov y Nikolai "Stomaster".

El principal medio para mecanizar las operaciones mineras y proteger el frente del colapso de la roca durante todo el ciclo minero, desde la extracción de la roca hasta la construcción del revestimiento, son los escudos. Un escudo de túnel es un soporte de acero móvil en forma de un cilindro de acero hueco que se encuentra horizontalmente cerca de la cara. La forma del escudo sigue la forma del revestimiento que se está construyendo.

Las partes principales del escudo (Fig. 45) son el anillo de cuchilla 2 y el anillo de soporte 1 (en algunos diseños se instala un solo anillo de soporte de cuchilla) y la carcasa 9, dentro de la cual se monta el revestimiento prefabricado. Después de extraer la roca ubicada frente al anillo de cuchillas, el escudo, con la ayuda de los cilindros hidráulicos del escudo 10, que descansan sobre el último anillo del revestimiento del túnel, se mueve hacia adelante hacia el espacio liberado de la roca. Después de esto, se retiran las varillas del cilindro hidráulico y se monta otro anillo de revestimiento en la carcasa del escudo. La roca frontal se asegura con escudos hechos de tablas, que son presionadas por cilindros hidráulicos de fondo de pozo 7.

Dentro de los anillos de soporte y de cuchillo, el espacio interior del escudo está dividido: mediante tabiques horizontales 5 en niveles y mediante tabiques verticales 3 en celdas. Los tabiques horizontales tienen plataformas retráctiles 4, cuyo movimiento está garantizado por cilindros hidráulicos de plataforma especiales. (En la literatura técnica de años de publicación anteriores, los cilindros hidráulicos de escudo, fondo de pozo y plataforma se denominan gatos hidráulicos o gatos hidráulicos).

Los anillos de soporte y de cuchilla del escudo se ensamblan a partir de elementos de segmento de acero, uniéndolos con pernos a modo de tubos al ensamblar el anillo de revestimiento. La carcasa del escudo se ensambla a partir de láminas de acero curvadas a lo largo de una superficie cilíndrica. Las láminas se unen entre sí, así como al anillo de soporte, mediante pernos avellanados.

Los escudos para túneles se dividen según las siguientes características principales:

según el área de la sección transversal de la excavación transitable: en paneles de diámetro pequeño (hasta 3200 mm), diámetro medio (hasta 5200 mm) y diámetro grande (más de 5200 mm);

según el grado de mecanización de los principales procesos de producción: escudos parcialmente mecanizados y mecanizados. En los escudos del primer tipo, la extracción del frente se realiza manualmente o mediante voladuras, y se mecanizan la carga y transporte de roca, la construcción del revestimiento y el movimiento del escudo; en los escudos del segundo tipo, todos los procesos principales. están mecanizados;

Según el área de aplicación, los escudos se dividen en aquellos destinados a excavaciones en suelos inundados, a excavaciones en suelos sueltos e inestables de humedad natural, a excavaciones en suelos con un coeficiente de resistencia de 0,5 a 5, y a excavaciones en suelos. con un coeficiente de resistencia superior a 5.

Arroz. 45. Escudo de túneles parcialmente mecanizado:
1 - anillo de soporte; 2 - anillo de cuchillo; 3 - partición vertical; 4 - plataforma retráctil; 5 - partición horizontal; 6 - sistema hidráulico; 7 - cilindro hidráulico de fondo de pozo; 8 - superposición; 9 - caparazón del escudo; 10 - cilindro hidráulico de escudo; 11 - talón de apoyo

Arroz. 46. ​​​​Complejo de túneles mecanizados

Los escudos de túneles están equipados con mecanismos para cargar el suelo desarrollado en un transportador (transportador) o directamente en carros. En paneles parcialmente mecanizados, la carga del suelo en carros se realiza mediante una máquina cargadora, en paneles de pequeño diámetro, manualmente. En escudos mecanizados, los elementos de carga tienen diferentes diseños.

Los modernos complejos de paneles garantizan la implementación de procesos para el desarrollo y fijación del frente, carga y remoción de tierra fuera del complejo, construcción de revestimientos de túneles, inyección de solución en el espacio del revestimiento, etc.

Los complejos en los que se ha logrado la mecanización completa de los trabajos de excavación de túneles se denominan complejos mecanizados (Fig. 46) En tales complejos, el escudo 2 tiene un cuerpo de trabajo / para desarrollar y cargar roca, y un transportador 3 para descargar roca más allá del escudo. Siguiendo el escudo, junto con él se instalan un apilador de revestimiento 4, un transportador de túnel 5 y otros equipos tecnológicos. Al excavar en rocas inestables, el cuerpo de trabajo (ejecutivo) del escudo, junto con el desarrollo de la roca, asegura que la superficie del frente se mantenga contra el colapso.

Según el principio de funcionamiento, se distinguen tres grupos de órganos de trabajo:

acción continua, si el desarrollo del suelo ocurre simultáneamente en toda el área de la cara (por ejemplo, un cuerpo de trabajo de tipo giratorio);

acción cíclica, si el desarrollo del suelo ocurre en períodos de tiempo separados en secciones separadas del frente (por ejemplo, un cuerpo de trabajo tipo excavadora);

acciones combinadas cuando se combina al menos uno de dos tipos de cuerpos de trabajo (por ejemplo, un tipo de excavadora con plataformas de corte horizontales).

Los cuerpos de trabajo giratorios pueden ser con placa frontal plana o roscada (Fig. 47, a) con ranuras para salida del suelo o tipo viga (Fig. 47.6). Estos órganos, dependiendo de la resistencia de las rocas, están equipados con cortadores de placas o varillas, cortadores y otras herramientas. Al girar, la herramienta de corte corta el suelo y lo destruye.

El escudo puede equiparse con piezas de trabajo reemplazables según la dureza de la roca: una herramienta de trabajo de excavadora (Fig. 47, c) para trabajar en franco arenoso, franco y arcilloso; Cuerpo ejecutivo de pluma con corona de corte (Fig. 47, d) para trabajar en arcillas duras, calizas, areniscas.

Las particiones divisorias horizontales (plataformas) del cuerpo de trabajo le permiten trabajar en arena y suelos a granel. En las particiones horizontales, cuando se insertan en la cara, se forman deslizamientos de suelo en un ángulo de reposo natural, asegurando la estabilidad de la cara (es decir, realizando las funciones de soporte temporal).

Con la ayuda de complejos mecanizados, además de los revestimientos prefabricados convencionales, también se construyen revestimientos prefabricados prensados ​​monolíticamente y prefabricados prensados ​​en la roca. Los revestimientos prensados ​​​​monolíticos se forman cuando la mezcla de hormigón se compacta mediante la fuerza de los cilindros hidráulicos del escudo cuando el escudo se inserta en la cara. Después de instalar la siguiente sección de encofrado en la parte trasera del escudo y bombear la mezcla de concreto detrás de él, el escudo se mueve hacia adelante, mientras que bajo la presión de los cilindros hidráulicos la mezcla en el encofrado se compacta y el revestimiento de concreto terminado permanece directamente detrás. el escudo. La peculiaridad de los revestimientos prefabricados de hormigón armado de forma circular, prensados ​​​​en el macizo rocoso circundante, es que inmediatamente después de su instalación, los anillos del revestimiento se presionan contra el contorno de la excavación y el revestimiento comienza inmediatamente a funcionar, evitando el desarrollo de presión de la roca y hundimiento de la superficie terrestre.

Arroz. 47. Esquemas de órganos de trabajo de escudos de túneles mecanizados:
rotor a con placa frontal de tornillo; b - tipo de viga giratoria; c - tipo de excavadora; g - tipo de fresado

Arroz. 48. Rozadora 4PP-2

Durante el proceso de penetración, los escudos se inclinan (giran alrededor de un eje). Para evitar que los escudos se balanceen, se utilizan alerones (placas de metal), que se instalan en ranuras especiales en los segmentos del anillo de soporte (soporte de la cuchilla) y se empujan hacia afuera del cuerpo del escudo mediante cilindros hidráulicos. Para que sea posible instalar una protección en los tramos curvos del trazado del túnel, es necesario realizar un ensanchamiento unilateral de la sección transversal de la excavación. Para ello, se instala una fotocopiadora-cortadora retráctil (fotocopiadora-cortadora) en la parte de trabajo del escudo. La copadora es controlada por el operador del panel desde su lugar de trabajo mediante un mecanismo hidráulico.

Se utilizan dispositivos láser para determinar y controlar la posición del escudo en planta y perfil. El dispositivo se fija al revestimiento de modo que el rayo láser se dirija paralelo al eje del túnel y se encuentre entre 1 y 1,2 m por debajo del arco. Para darle al rayo la dirección deseada en planta y controlar la estabilidad del haz, en Se utilizan al menos dos plomadas y, en el perfil, al menos dos hilos horizontales (use hilo de pescar de nailon). A medida que el escudo se aleja del dispositivo láser, se fijan nuevas plomadas y roscas cada 100-150 m.

Para sellar el espacio de construcción y dar a los anillos la forma geométrica correcta, se instala un dispositivo toroidal neumático en los escudos.

La rozadora (Fig. 48) es una máquina autopropulsada con orugas 3. Las partes de trabajo de las cosechadoras son brazos telescópicos 2 con coronas cónicas de corte 1. La carga de la roca desarrollada mediante patas pareadas 4 del tipo rastrillador se combina con el funcionamiento del cuerpo de trabajo. La cosechadora es una máquina móvil, si es necesario, se puede retirar de la fachada sin necesidad de desmontarla por sus propios medios (lo cual es imposible en caso de túneles). A diferencia de las protecciones para túneles, en las explotaciones mineras se pueden utilizar cosechadoras de diferentes formas y tamaños de sección transversal. Sin embargo, la ausencia de soporte móvil en las rozadoras permite su uso sólo en superficies estables.