Щит прохідницький
Щит прохі́дницький — захисна конструкція, рухоме привибійне кріплення з комплексом обладнання для спорудження транспортних тунелів і гірничих виробок видобувних підприємств.
Зміст
Історична довідка
Перший щит прохідницький прямокутного перерізу для проведення підземних виробок у слабких гірських породах (ґрунтах) запатентував 1818 інженер М. І. Брюнель і 1825 використав для прокладки тунелю під р. Темзою. Оскільки дно Темзи складають нестійкі пливкі ґрунти, то способи проходки, які застосовували до цього у скельних породах, були неприйнятними. Виготовлений із чавуну щит мав кілька відділів, кожен з яких міг рухатися уперед незалежно від інших. У кожному із відділів працював прохідник, який вибирав ґрунт перед собою і проштовхував свою частину щита далі за допомогою домкрата. Щит просували у масив породи, а в цей час інші робітники зміцнювали тунель за щитом цегляним муруванням. Тунель під Темзою, пройдений за допомогою прохідницького щита Брюнеля, відкрито 25.03.1843.
У 1864 головний інженер кількох англійських залізниць П. Барлоу (1809–1885; Велика Британія) винайшов і запатентував перший циліндричний тунельний щит (не впроваджено). Учень Барлоу інженер-механік і тунелебудівник Дж. Г. Грейтхед (1844–1896; Велика Британія) розробив, запатентував і побудував перший циліндричний прохідницький щит, який заклав основи сучасного щитового способу спорудження тунелів. Грейтхед уперше використав циліндричний щит під час будівництва лінії метрополітену від станції Лондонський Тауер (1869, тепер станція Тауер-Гілл) і другого тунелю під Темзою (у 1870-х).
Винахідник А. Е. Біч (1826–1896; США) розробив проєкт і побудував за допомогою циліндричного прохідницького щита власної конструкції підземну залізницю під вул. Бродвей із використанням технології пневматичного транспорту (перше метро м. Нью-Йорка, 1870). Конструкція щита Біча стала зразковою для розвитку міського тунельного будівництва у США.
Характеристика
Основний елемент прохідницького щита — замкнений корпус зі щитовими домкратами і гідрокомунікаціями. Форма його поперечного перетину частіше за все кругла, зрідка — прямокутна, еліптична, склепінчаста (напівщити) тощо.
Розрізняють малі прохідницькі щити — із площею поперечного перетину до 10 м², середні — 10–16 м², великі — понад 16 м².
Корпус прохідницького щита складається із ножової, опорної і хвостової частин.
Ножова частина слугує для зрізання породи по контуру вибою або втиснення її у вибій під час проходки виробок у сипких чи пластичних глинистих породах.
Опорна частина корпусу забезпечує необхідну міцність і жорсткість конструкції. Її використовують для розміщення щитових гідродомкратів переміщення, робочого органу з приводом, вантажного пристрою, щитового перевантажувача (конвеєра) та іншого обладнання.
Хвостова частина корпусу захищає покрівлю і боки виробки від обвалення у процесі монтажу блоків, тюбінгів тощо.
Застосування
Сучасні щити прохідницькі застосовують у процесі спорудження тунелів різного призначення (зокрема тунелів метрополітену, автомобільних і залізничних) та підземної розробки родовищ корисних копалин (див. Підземні споруди).
Щит прохідницький механізований
Містить тимчасове пересувне механізоване кріплення [див. Кріплення (оправа) підземних споруд], механізми для руйнування (розробки) і навантаження породи у вибої та видачі її за межі щита.
Механізовані прохідницькі щити оснащують органами руйнування вибою: штанговими із буровою коронкою; роторними, екскаваторними, гідромеханічними планетарного руйнування тощо.
Навантаження зруйнованої породи здійснюється автономно за допомогою ківшевих машин або вмонтованих у щит пристроїв (парних нагрібальних лап тощо). Пристрої для монтажу збірного блокового (тюбінгового) кріплення, вмонтовані в корпус щита, — радіальні еректори, кільцеві або дугові укладачі.
Механізовані прохідницькі щити обладнують механізмами і пристроями для зведення постійного кріплення виробки (встановлювач кріплення), навігаційними приладами і пристроями для направленого ведення щита (автоматизованими системами ведення за лазерним променем із використанням бортових комп’ютерів, мікропроцесорів тощо).
Такі щити використовують у прокладанні гірничих виробок у шахтах і тунелях різного призначення, здебільшого в гірських породах із коефіцієнтом міцності (тривкості порід) за шкалою М. Протодьяконова 0,5 < f< 5. Інколи термін «щит прохідницький механізований» уживають як синонім щитового прохідницького комплексу (англ. Tunnel boring machine).
Щитовий прохідницький комплекс
Конструктивно єдиний комплекс прохідницького обладнання, головним елементом якого є щит прохідницький або щит прохідницький механізований.
За розмірами виокремлюють групи комплексу:
- діаметром до 5,2 м — для спорудження колекторів і підготовчих виробок у вугільних шахтах;
- діаметром 5,6 м і більше — для спорудження тунелів.
За типом постійного кріплення розрізняють збірне і монолітне кріплення (наприклад, залізобетонне).
В Україні
До російсько-української війни щитові прохідницькі комплекси виготовляв ВАТ «Ясинуватський машинобудівний завод» (у стадії припинення від 2017).
Серед номенклатури заводу:
- КТ-2,6Б2 — комплекс тунелепрохідницький для колекторних, гідротехнічних та інших тунелів діаметром 2,6 м в проходці та 2,25 м на просвіт.
- КТ-5,6Е22 — комплекс тунелепрохідницький для спорудження перегінних тунелів метрополітенів діаметром у проходці 5,6 м із чавунним або залізобетонним оправленням у породах середньої тривкості з межею міцності на стиск до 50 МПа і безнапірним водоприпливом до 10 м3/год.
- КТ-5,6Б21 — комплекс тунелепрохідницький для спорудження перегінних тунелів метрополітенів й іншого призначення діаметром 5,6 м для ґрунтів, які включають піски, супіски, суглинки, глини, зокрема гравійно-галичні відклади (див Гравій; Галька) і валуни.
- КТ1-5,6М — комплекс тунелепрохідницький для спорудження перегінних тунелів метрополітенів й іншого призначення діаметром 5,6 м у породах із коефіцієнтом тривкості гірських порід 1–3 за шкалою М. Протодьяконова (тривкі і дуже тривкі породи — кварцити, граніти, міцні мінерали залізних руд тощо).
Додатково
Ідею прохідницького щита Брюнелю підказало спостереження за черв’яком корабельним (Teredo).
Популяризатор науки Дж. Дж. Вуд (1827–1889; Велика Британія) у книзі «Природа вчить» («Nature's Teachings»; Лондон, 1887) оповідає історії винаходів, заснованих на спостереженнях за живою природою, зокрема за корабельним черв’яком: «…принцип свердління ходів корабельного черв’яка є водночас простим і ефективним. Харчуючись деревиною, він поступово проїдає собі шлях у дереві, зануреному у воду. Черв’як не тільки буравить деревину гострими крайками мушлі, він ще зміцнює стінки ходу шаром вапна. Використавши цей принцип, Брюнель розробив перший прохідницький щит, успішно застосований для проходження тунелю у пливких ґрунтах під Темзою».
У передмові до книги Вуд зауважує: «Ледь чи існує якийсь винахід людини, що не мав би прототипу в природі» (див. Біоніка).
Література
- Beamish R. Memoir of the Life of Sir Marc Isambard Brunel. London : Longman, 1862. 400 p.
- Wood J. G. Nature's Teachings: Human Invention Anticipated by Nature. London : Daldy, Isbister & Co., 1877. 533 p. URL: https://archive.org/details/b21497643/page/n7/mode/1up
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Донбас, 2007. Т. 2. 670 с.
- Щит прохідницький // Шмиг Р. А., Боярчук В. М., Добрянський І. М. та ін. Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури. Львів : [б. в.], 2010. С. 219.
- Belhoste J.-Fr. Les Brunel père et fils: deux célèbres ingénieurs anglais «Made in France» // Documents pour l’histoire des techniques. 2010. № 19. P. 131–152.
- Кравець В. Г., Гайко Г. І., Ган А. Л. та ін. Геоінженерія мегаполіса: підземна урбаністика. Київ : Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського, 2024. 660 с.
Автори ВУЕ
Покликання на цю статтю: Білецький В. С., Гайко Г. І. Щит прохідницький // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Щит прохідницький (дата звернення: 11.10.2026).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 28.03.2025
