При щитовой проходке разработку грунта и устройство стенок коллекторов или тоннеля осуществляют под защитой цилиндрической оболочки — щита.
Проходку производят с помощью металлических щитов круглого сечения диаметром 2, 2,5 и 3,6 м. Конструктивно щит представляет собой цельносварную или собираемую из отдельных элементов металлическую оболочку, имеющую три основные части:
— переднюю — режущую клиновидной формы с козырьком или без него;
— среднюю — опорную, в которой размещаются домкраты;
— заднюю — хвостовую.
Внутренний диаметр щита равняется наружному диаметру сооружаемого туннеля.
Схема проходки тоннеля с помощью щита
1 — полость заполнения бетонной смесью;
2 — обделка туннеля из тюбингов;
3 — обойма щита;
4 — домкраты;
5 — защитный козырек;
6 — режущий край;
7 — рабочая платформа;
8 — эжектор;
9 — вагонетка;
10 — рукав растворонасоса
Проходка с помощью щита осуществляется в следующей последовательности. Введенный в забой щит вдавливают в грунт в горизонтальном направлении (по оси проходки) с помощью собственных домкратов. При вдавливании грунт входит в его режущую часть, имеющую форму цилиндрического клина. Вдавленный внутрь щита грунт разрабатывают ручным или механизированным способом и грузят на тележки, которые откатывают по туннелю.
В передней части щит имеет выступающий вперед козырек, который служит для предупреждения попадания грунта внутрь щита. После того как вдавленный в щит грунт будет полностью разработан и удален, щит вновь двигают вперед. Продвижение щита вперед с внедрением его режущей части в грунт осуществляют с помощью гидравлических домкратов, расположенных в середине щита по его периметру. Число домкратов соответствует числу блоков отделки. Упором для домкратов служит блочная обделка выработки.
После продвижения щита вперед и выборки грунта в хвостовой части щита по его периметру укладывают блоки обделки под защитой хвостовой оболочки щита. Блоки укладывают при втянутых в домкратах штоках. За каждый цикл щит продвигают на длину хода штока домкратов или немного меньшую, но всегда равную ширине кольца из блоков обделки, укладываемых за один цикл. В следующий цикл штоки домкратов опираются на вновь уложенные блоки и щит продвигается в следующее положение.
Работа щита состоит из непрерывно повторяющихся трех основных циклов:
— продвижения вперед на длину блока обделки;
— разработки и транспортирования грунта по тоннелю;
— укладки следующих блоков обделки.
Щиты используются для прокладки тоннелей на разных глубинах и в самых разнообразных грунтовых условиях. При проходах в водонасыщеннных грунтах принимают специальные меры по борьбе с грунтовыми водами.
Наружная оболочка щита состоит из керамических, бетонных или железобетонных блоков. В строительстве туннелей малого диаметра наибольшее применение нашли блоки трапецеидальной формы, на торцовых гранях которых имеются гребни и пазы. Связь между этими блоками осуществляется по четырем торцовым сторонам. Составленная из отдельных сборных блоков обделка тоннеля собирается в процессе щитовой проходки по мере продвижения щита. Недостатки малых блоков — большая трудоемкость работ по их укладке, большое количество швов и недостаточная герметичность тоннеля; кроме того, мелкоблочная обделка не всегда является несущей конструкцией.
Для упрочнения устраивают внутренние сборные или монолитные железобетонные рубашки. Между наружной оболочкой и внутренней рубашкой выполняется гидроизоляция из нескольких слоев гидрозола на битумной мастике. Теплопроводы укладывают в тоннели методом наращивания. Для нормальной эксплуатации тоннели оборудуют электроосвещением, вентиляцией и водоотливом.
