Различают немеханизированные щиты с открытой и закрытой головной частью. Первые применяют для проходки туннелей преимущественно в песчаных и устойчивых грунтах, вторые — для проходки туннелей в плывунах, в илистых и глинистых текуче-пластичных грунтах. Немеханизированные щиты широко используют при сооружении туннелей диаметром до 2,5 м. Их конструкции имеют мало различий.

Цельносварной немеханизированный щит диаметром 2,065 м\ с открытой головной частью (рис. 7.24) состоит из трех основных частей: режущей (ножевой), опорной и хвостовой. Режущая часть, оснащенная козырьком с клиновидным ножом, предназначена для срезания грунта и внедрения щита в грунт.

Длина ножевой части определяется физико-механическими свойствами разрабатываемых пород, высотой забоя, конструкцией рабочего органа, а также коэффициентом маневренности щита Км, величина которого определяется отношением длины щита L к его диаметру D и принимается 0,4—1,6 в зависимости от диаметра 1 щита и условий его применения. Под защитой режущей части ; производится разработка грунта. Мягкие и сыпучие грунты i I—II категорий разрабатываются вручную с помощью проходче- ; ских лопат, кайл и ломов. Плотные грунты III—IV категорий разрабатывают с помощью пневматических отбойных молотков, приводимых в действие от передвижных компрессоров. Разрушенный грунт средствами горизонтального и вертикального транспорта эвакуируется на поверхность.

Для внедрения в грунт щит периодически передвигается в заданном направлении посредством гидравлических домкратов, размещенных по периметру корпуса. При передвижке щита неподвижными остаются штоки домкратов, упирающиеся своими башмаками в ранее уложенные элементы туннельной обделки, а цилиндры домкратов, закрепленные в опорной части щита, перемещаются, передвигая щит вперед. Опорная часть, расположенная посередине щита, состоит из трех колец толщиной 30 мм и обеспечивает щиту необходимую прочность и жесткость.

Рис. 7.24. Немеханизированный щит для проходки туннелей

К опорной примыкает хвостовая часть, под защитой которой сооружается одно-два кольца сборной обделки или определенный участок монолитной обделки туннеля. Для продвижения щита башмаки домкратов упираются в ранее уложенные элементы туннельной обделки. При этом штоки домкратов, соединенные с башмаками, остаются неподвижными, а цилиндры, закрепленные в опорной части щита, перемещаются вперед и двигают щит. Щитовые домкраты служат также для удержания блоков обделки в установленном положении или прессования монолитной бетонной или железобетонной обделки. При установке блоков или тюбингов домкраты поджимают и поддерживают каждый установленный блок верхней половины кольца до полной сборки последнего; при этом штоки домкратов выдвигаются, а их цилиндры остаются неподвижными.

В современных щитах устанавливается 14—20 домкратов, развивающих суммарное усилие 200—300 тс (1960—2950 кН). Число домкратов должно быть равным или кратным количеству элементов в кольце крепления стенок сооружения. Домкраты обслуживаются передвижным плунжерным насосом высокого давления (до 29,5 МПа) производительностью 1—3 м3/ч. Насос устанавливается на поверхности вблизи шахты и приводится в действие электродвигателем. Рабочая жидкость (вода) от насоса подается к домкратам через золотниковый распределитель, который управляет последовательностью действия домкратов, обеспечивает прямой и обратный ход штоков, регулирует их скорость.

Скорость проходки туннеля немеханизированным щитом зависит от диаметра щита, категории разрабатываемого грунта, числа и типа щитовых домкратов, мощности насосной установки и сосоставляет 0,8—1,2 пог. м в смену.

Механизированные щиты снабжены активными рабочими органами для разработки грунта, оборудованием для укладки блоков j и выдачи разработанного грунта через щит на погрузочные сред- ; ства. Рабочие органы щитов могут быть роторными, штанговыми, экскаваторными, гидромеханическими и т. п. Наибольшее распространение получили щиты с экскаваторными и роторными рабочими органами.

Рассмотрим конструкцию цилиндрического цельносварного механизированного щита диаметром 2,56 м (рис. 7.25,а). Рабочий орган такого щита — роторная часть и неповоротный цилиндр. Роторная часть состоит из переднего конуса, несущего съемные резцы 8 для рыхления грунта, и зубчатого венца с внутренним зацеплением, жестко соединенных между собой боковыми спиральными лопатками 10. Роторная часть приводится во вращение с частотой 10—12 об/мин от электродвигателя мощностью 20 кВт через зубчатый венец и систему передач.

Неповоротный цилиндр с коническим днищем опирается полувтулками на направляющие, вдоль которых он может перемещаться вместе с роторной частью, получая возвратно-поступательное движение от шестнадцати гидравлических домкратов с ходом 1000 мм, размещенных по периметру цилиндрического стального корпуса щита. В верхней части неповоротного цилиндра имеется приемное окно, к которому присоединяется направляющая воронка ленточного конвейера-перегружателя. При вращении роторной части разрушенный резцами грунт непрерывно подхватывается спиральными лопатками и перемещается ими по поверхности неповоротного цилиндра к приемному окну. Через приемное окно и направляющую воронку грунт поступает на ленточный конвейер, загружающий тележки со съемными кузовами. С помощью гидравлических домкратов, развивающих суммарное усилие до 530 тс (5200 кН), рабочий орган может выдвигаться вперед на расстояние до 1 м независимо от движения щита. Одновременно с рабочим органом перемещается и конвейер-перегружатель. После разработки забоя на длину одного кольца обделки рабочий орган отводится назад, щит продвигается вперед и в хвостовой части при помощи блокоукладчика укладывается очередное кольцо обделки.

Рис. 7.25. Механизированные проходческие щиты: а —с роторным рабочим органом; б —с экскаваторным рабочим органом

В качестве обделки для щитов диаметром 2,56 м применяют мелкие и крупные железобетонные трапецеидальные блоки. Блоки в кольцо и кольца между собой соединяются при помощи пазов и гребней. В отдельных блоках предусмотрены отверстия, через которые в свободное тфостранство между обделкой и грунтом нагнетается при помощи растворо-насоса цементный раствор.

Эвакуация грунта на поверхность и подача материалов (элементов сборной обделки, цемента и т. д.) к щиту производятся средствами горизонтального внутритуннелыюго (двухосные тележки со съемными кузовами, вагонетки, тележки-блоковозки, электрокары) и вертикального (клетьевые подъемники, стреловые краны и т. д.) транспорта.

На рис. 7.25, б показан механизированный щит диаметром 2,05 м с экскаваторным рабочим органом, работающим по принципу обратной лопаты. Рабочий орган смонтирован в опорной и ложевой частях корпуса щита, имеет гидравлический привод и автономную систему управления. Грунт из ковша рабочего органа выгружается на ленточный конвейер, загружающий тележки внутритуннельного транспорта. Щит передвигается шестнадцатью гидравлическими домкратами грузоподъемностью 125 т каждый. В хвостовой части щита расположен блокоуклад-чик для сооружения туннельной обделки.

Скорость проходки туннеля механизированными щитами составляет от 3 до 7 пог. м в смену.