Сооружение тоннелей горным способом » Строительный вестник
Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Сооружение тоннелей горным способом

Сооружение тоннелей горным способом



Общие положения

Основные работы по сооружению тоннеля состоят из предварительной разработки породы и последующего возведения обделки. В зависимости от степени устойчивости и прочности массива применяют ту или иную систему временных крепей, ycтанавливаемых в определенной последовательности. В весьма крепких породах выработку обычно оставляют без временной крепи до сооружения постоянной обделки. В крепких скальных породах, устойчивость которых в течение продолжительного периода не вызывает сомнения, временную крепь устанавливают после уборки породы. Этот процесс ведут одновременно с бурением на следующую заходку с использованием буровой тележки или верхней площадки бурильной машины (СБУ-4). В менее крепких породах временную крепь устанавливают после уборки породы, но перед бурением на следующую заходку, а в слабых скальных породах ставят сразу после проветривания и оборки кровли во избежание значительных деформаций кровли и выпадения кусков породы.
Проходку тоннелей в скальных породах в продольном направлении ведут по поточному методу. При этом забой продвигают вперед с учетом степени устойчивости и крепости пород всем сечением или с расчленением на части, что и определяет, по существу, способ проходки тоннеля. Обделку возводят, как правило, в полностью раскрытой выработке. В мягких породах сечение выработки расчленяют на отдельные части и немедленно раскрепляют временной крепью, последовательно заменяемой при дальнейшем расширении выработки. Обделку возводят также по частям.
Тоннелестроение располагает различными видами горных способов возведения тоннелей. Для мягких пород они могут быть объединены в три основные группы:
1) способ опертого свода и его разновидности при деревянной и стальной крепи; разработку породы и возведение обделки ведут отдельными частями по направлению от свода к нижней части профиля;
2) способ полностью раскрытого сечения, отличающийся тем, что выработку породы ведут от верхней части профиля, а возведение обделки — от нижней;
3) способы опорного ядра и разработки по периметру профиля. Здесь разработку породы и сооружение обделки также ведут отдельными частями, но начинают с нижней части профиля и заканчивают в верхней части.
Способ опертого свода

Способ опертого свода применяют в породах, на которые можно безопасно передать давление от пят свода; например, в мергелях, глинах, сухом лёссе, плотных суглинках и скальных породах.
При способе опертого свода сначала разрабатывают верхнюю часть профиля — калотту, затем ведут кладку свода с опиранием его пят временно на породу; после отвердения свода под его защитой разрабатывают нижнюю часть профиля — штроссу с последовательной подводкой стен под пяты свода. Существуют две схемы разработки профиля по этому способу (рис. IV.7).
Сооружение тоннелей горным способом

Одна схема носит название одноштольневого варианта способа опертого свода (см. рис. VI.7,а). Работу по этой схеме начинают с проходки верхнего направляющего хода I; затем расширяют ка-лоттный профиль II—II. После кладки свода и его отвердения разрабатывают среднюю часть штроссы III, затем последовательно боковые части штроссы IV—IV и подводят стены под пяты свода. Последним сооружают обратный свод или лоток.
Другая схема носит название двухштольневого варианта способа опертого свода (см. рис. VI.7, б). В этом случае работу начинают с проходки нижней направляющей штольни I; после этого проходят верхнюю штольню II и затем приступают к расширению калотты III—III, производят кладку свода, а после его отвердения разрабатывают среднюю часть штроссы IV и затем последовательно боковые V и VI с возведением стен в шахматном порядке. Обратный свод или лоток сооружают тоже в последнюю очередь.
Конкретную схему разработки профиля выбирают на основании сравнительных экономических и производственных подсчетов, руководствуясь следующими соображениями.
Одноштольневый способ разработки в сравнении с двухштольневым требует меньше строительных затрат, так как проходка штольни представляет наиболее дорогую часть работы. Кроме того, проходку штольни и разработку калотты ведут в ненарушенной зоне, что способствует безопасности работ.
К основным недостаткам одноштольневого способа следует отнести производственные затруднения по совмещению проходческих и транспортных работ. Это затруднение, однако, может быть устранено применением транспортера, помещенного в основании верхней штольни.
При двухштольневом способе верхнюю штольню проходят с отставанием от нижней на 30—35 м. Поэтому работы начинают как со стороны порталов, так и с промежуточных пунктов через вспомогательные вертикальные выработки, что целесообразно при сооружении длинных тоннелей. Ширину нижней штольни выбирают из условия пропуска двух путей, а высоту принимают не менее 1,8 м. Ширину и высоту верхней штольни устанавливают по соображениям удобства проходческих, транспортных и бетонных работ при расширении калотты и кладке свода. Расширение профиля ведут через одно-два кольца и с отставанием на два кольца от забоя штольни, как правило, без понижения уровня поля.
После разработки калотты (рис. VI.8) подготавливают места для пят свода выравниванием укладкой тощего бетона толщиной 10—15 см. Затем устанавливают кружала, опирая их на вспомогательные стойки. Давление от прогонов передают на кружала посредством коротких отрезков бревен, заводимых между кружалами и прогонами и тщательно заклиниваемых. После установки кружал немедленно приступают к кладке свода симметрично с обеих сторон от пят к замку свода слоями толщиной в 20 см с тщательным уплотнением. По мере бетонирования удаляют мешающий ряд распорок вместе с поддерживаемым ими прогоном.
В соседнем кольце калотту можно разрабатывать не ранее 7 суток после окончания бетонных работ в своде данного кольца.
После выдержки готового свода на кружалах до приобретения проектной прочности его раскружаливают. Затем разрабатывают среднюю часть штроссы одновременно на нескольких кольцах с оставлением у пят свода берм шириной не менее 0,25 м и обеспечением откосов не круче 1:0,1—1:0,5.
Сооружение тоннелей горным способом

Стены подводят (рис. VI.9) в шахматном порядке отдельными столбами, в первую очередь под стыки между смежными кольцами. При этом одновременно возводят от одной трети до половины длины кольца. Пяты свода поддерживают временными стойками (штребелями). Следует отметить, что примыкание стен к пятам свода наиболее трудная и ответственная операция.
Для обеспечения монолитности всей обделки после двухсуточной выдержки бетона нижней части стены верхнюю часть (высотой в 20—40 см) выполняют из тщательно уплотняемой жесткой бетонной смеси (рис. VI.10), а в стыки нагнетают цементный раствор. После того, как на некотором протяжении стены будут подведены под обе пяты свода, устраивают обратный свод, небольшими участками с установкой распорок во избежание смещения стен внутрь тоннеля. После кладки нагнетают цементный раствор за обделку.
Сооружение тоннелей горным способом

В особых случаях при недостаточной надежности породы стены подводят в колодцах под стыки смежных колец свода. Дальнейшие работы ведут обычным способом. Особенность одноштольневого способа опертого свода — устройство подвесных путей на всем или на некотором от забоя штроссы протяжении для откатки породы и подачи строительных материалов (рис. VI.11). В первом случае все транспортные работы ведут на повышенном уровне до самого портала, во втором — лишь на головном участке протяженностью 30—40 м, в конце которого устраивают переподъем (наклонный или вертикальный). Для упрощения транспортных работ иногда ведут проходку калотты и возводят свод на всем протяжении тоннеля, а затем переходят на разработку нижней части профиля.
Способ полностью раскрытого сечения

Способ полностью раскрытого сечения целесообразен в мягких породах, не оказывающих большого давления на крепи и не требующих для разработки применения взрывчатых веществ. К таким породам могут быть отнесены трещиноватые скальные породы, сланцы, мергели и т. п. Разработку сечения по этому способу ведут по следующей схеме (рис. VI. 12).
Сначала проходят нижнюю направляющую штольню I, затем через ходки или от портала разрабатывают верхнюю II, после чего приступают к раскрытию калоттного профиля на малую, среднюю и большую калотты (III—III, IV и V), разрабатывают среднюю часть штроссы VI и боковые ее части VII—VII. Разработанное сечение закрепляют системой временных крепей из тоннельных ферм, поддерживающих прогоны, под защитой которых ведут кладку обделки от подошвы стен к замку по кружалам, требующим последовательного перекрепления на них системы прогонов. Подчистку нижней части сечения VIII до проектного очертания и кладку обратного свода ведут в последнюю очередь. Длину колец назначают до 6,5 м.
Сооружение тоннелей горным способом

В продольном направлении проходку нижней штольни начинают из подходной выемки или из вспомогательной выработки и ведут ее на значительном участке (более 50 м). После этого в нескольких местах пробивают вертикальные соединительные ходы, а затем от них, а также от порталов ведут одновременную разработку верхней штольни, устраивая через каждые 50—100 м бремсберги для перемещения строительных материалов, требуемых для расширения выработки. После проходки верхней штольни на расстоянии трех колец поперек штольни укладывают основные бревенчатые крепи малой калотты (швеллеры) в вырытых для этой цели канавах глубиной 50 см. Дальнейший ход работ аналогичен рассмотренному в способе опертого свода. При этом требуется большая тщательность работ ввиду малой устойчивости породы.
После расширения малой калотты приступают к разработке профиля на большую калотту (рис. VI. 13), начиная работу в среднем кольце (из трех), где открывают поперечную канаву на глубину до уровня пят свода и шириной около 1,5 м. В эту канаву укладывают основной элемент тоннельной фермы большой калотты (типовой швеллер). Последующие фермы устанавливают, ведя разработку по обе стороны от первой. Все прогоны перекрепляют на новую систему стоек, опираемых на основные поперечные бревна. В дальнейшем ведут разработку средней и боковых частей штроссы и устанавливают нижнюю часть тоннельных ферм в плоскости верхних; работу ведут в обе стороны прорезного кольца, устанавливая дополнительные прогоны и распорки.
После раскрытия профиля на трех кольцах возводят фундаменты, затем между фермами устанавливают деревянные или стальные лекала и кружала с опалубкой, по которым в дальнейшем ведут кладку обделки одновременно (и симметрично) с обеих сторон от пят к замку.
Сооружение тоннелей горным способом

Непосредственно перед бетонированием нужно перекреплять прогоны на кружала при помощи бревен-коротышей с удалением стоек-подкосов (штендеров). Во время бетонирования нужно последовательно удалять коротыши и прогоны, которые могут быть извлечены после затвердения ранее уложенного бетона (рис. VI. 14). В замковой части свода бетонную смесь укладывают особыми приемами для обеспечения высокого качества работ в наиболее ответственной части обделки. Для этого на ширине 1 м изменяют направление работ, укладывая смесь отступающим забоем (рис. VI.15) после некоторого затвердения бетона в предзамковой части и удаления двух верхних прогонов. После полного отвердения бетона обделки свод раскружаливают и удаляют кружала и крепи, затем разрабатывают породу в основании тоннельного профиля и сооружают обратный свод.
Главные достоинства способа — быстрота сооружения тоннеля вследствие наличия широкого фронта работ, а также монолитность обделки; недостатки — большой расход леса, малая степень механизации работ и неизбежность просадок крепи (до 30 см), в силу чего в городских условиях этот способ не применяют.
Способ опорного ядра

Способ опорного ядра применяют в сравнительно слабых и водоносных породах, в водоносных мелкозернистых песках, в слабых суглинках, в сильнопластинчатых глинах, а также при сооружении тоннелей больших пролетов в более прочных породах.
Сущность способа опорного ядра (рис. VI. 16): сначала проходят две нижние боковые штольни I—I в уровне основания стен, после чего в них ведут кладку стен отступающим забоем. После твердения кладки проходят второй ряд штолен II—II над первым и возводят в них кладку вышележащих участков стен, а при высоком профиле проходят и третий ряд штолен. К моменту завершения кладки верхних частей стен должна быть пройдена верхняя штольня III и разработана калотта IV—IV в пределах первого кольца. Затем немедленно приступают к установке кружал и кладке свода с опиранием его пятами на ранее возведенные стены. Под защитой сооруженной таким образом обделки разрабатывают ядро V а подчищают профиль VI до проектного очертания, после чего ведут кладку обратного свода. Длину колец назначают от 2 до 3 м.
В зависимости от местных условий проходку нижних штолен начинают или из подходной выработки (шахты), или непосредственно из лобового откоса выработки. Последовательность работ и размеры поперечного сечения штольни выбирают, исходя из геологического строения пересекаемого горного массива, а также размеров поперечного сечения тоннеля.
Сооружение тоннелей горным способом

Обычно ширину штольни назначают по ширине нижней части стен, но не менее чем для однопутного движения. В этом случае после проходки нижней штольни на всю длину сооружаемого участка ведут кладку стен отступающим забоем с постановкой опалубки, поддерживаемой сухой каменной кладкой, которая обеспечивает устойчивость штольневой крепи и ядру, на которое впоследствии будет передано давление при возведении свода.
Разработку калотты и бетонирование свода ведут с интервалами в три кольца, с тем чтобы обеспечить достаточный для твердения бетона срок выдержки. Способ разработки и крепления калотты здесь аналогичен способу опертого свода.
Ядро разрабатывают после снятия опалубки; при этом возможна самая широкая механизация как процесса разработки, так и погрузки породы. В некоторых случаях оказывается возможным разрабатывать ядро небольшими экскаваторами с погрузкой породы непосредственно в автомобили, подводимые со стороны порталов. Разработку породы в нижней части сечения и сооружение обратного свода ведут в последнюю очередь. После окончания всех работ нагнетают раствор за обделку.
Недостатки этого способа — относительно высокая стоимость и малые темпы проходки; достоинство — надежность работ в неустойчивых породах. Такой способ можно применять при относительно твердых породах для разработки тоннелей больших поперечных сечений. Он успешно применялся на постройке тоннелей московского метрополитена.
Контурная и полигональная крепи

Рассмотренные три способа работ основаны на применении деревянных крепей. Для обеспечения надежной кровли крепи должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать пространственной жесткостью и геометрической неизменяемостью, минимальным объемом материала крепи и перебора породы, простотой конструктивных элементов и удобством их установки, возможностью усиления крепи и ее инвентарного использования.
При деревянной крепи эти требования не могут быть полностью удовлетворены, так как вследствие обмятия врубок при многократном перекреплении осадки кровли неизбежны. Кроме того, при забивке дощатой крепи (марчеван), в особенности при раскрытии калотты, требуется излишний перебор породы из-за необходимости смещения концов досок в сторону выработки после их частичной забивки, так как придать доскам сразу проектное положение практически невозможно.
Для обеспечения проектных размеров поперечного сечения тоннельных сводов положение низа верхняка штольни обычно задают с учетом осадки на 20—30 см выше внешнего контура свода.
Более совершенна и удобна в работе — стальная кружальная и деревянная полигональная крепь. За рубежом широкое применение нашла комбинированная кружальная крепь (рис. VI.17), состоящая из внешней, так называемой проходческой дуги и внутренней — кружальной. Первую обычно делают из старых рудничных рельсов, вторую — из прокатной стали (швеллерной или двутавровой). Обе эти дуги работают совместно благодаря радиальным распоркам между ними из стали или бетона. По внешнему контуру проходческих дуг забивают крепь вдоль тоннеля, чем и избегают перебора породы. Кружальную дугу используют как основную при бетонировании. Таким образом, кружальная крепь может быть использована неоднократно. Свободное пространство в забое обеспечивает удобство работ и их широкую механизацию.
Сооружение тоннелей горным способом

Конструкцию кружальной дуги выполняют из двух или трех элементов, соединяемых накладками на болтах. Для облегчения ее веса применяют подкружальные стойки (деревянные или стальные), примыкающие к дуге при помощи приваренных башмаков. Нижние части дуг и стоек также снабжают опорными башмаками. Неизменяемость крепи обеспечивают затяжками и продольными распорками. Для временной поддержки забиваемых досок используют специальный изогнутый верхняк, поддерживаемый продольными балкам», скользящими по кружальным дугам.
По мере разработки и крепления всей калотты ставят очередной комплект дуг и удаляют временный поддерживающий верхняк. Кружальная крепь весьма целесообразна при способе опертого свода, так как позволяет вести проходку сплошным забоем участками по 1,0—1,2 м без устройства верхней штольни. Благодаря возможности быстрой замены временной крепи на постоянную — бетонную — создаются благоприятные условия для работы крепи в ненарушенном массиве, т. е. при небольшом горном давлении: Основной недостаток этого способа — ограниченное число забоев — может быть преодолен проходкой нижней опережающей штольни и открытием необходимого числа строительных участков. Таким образом, кружальную крепь можно успешно применять при проходке как коротких, так и длинных тоннелей.
При проходке в крепких — скальных — породах стальная арочная крепь (рис. VI.18) обеспечивает возможность широкой механизации, а следовательно, увеличения темпов работ и уменьшения их стоимости. Стальную крепь устанавливают по контуру выработки и удаляют непосредственно перед бетонированием. При наличии опасности местных вывалов породы крепь оставляют в теле бетона в качестве жесткой арматуры.
Сооружение тоннелей горным способом

Установка арочной крепи по сравнению с веерной — более про стая операция, так как эта крепь обычно состоит из небольшого числа элементов (двутавры, швеллеры), соединяемых на болтах. Простейшей конструкцией является крепь в виде двух полуарок, соединяемых в замковой части и устанавливаемых непосредственно на породу (см. рис. VI. 18, а). При необходимости крепить выработку на полный профиль (см. рис. VI. 18, б) в конструкцию крепи вводят промежуточные элементы — двутавровые балки, укладываемые под пяты арок после раскрытия калотты, а при последующей разработке нижней части профиля подводят стойки в плоскости арок и скрепляют их с промежуточными балками (рандбалками) на болтах. Роль рандбалок сводится к поддержке арок во время взрывания нижней части. При способе опорного ядра стальную крепь можно применять по схеме, указанной на рис. VI. 18, г. Стальная крепь особенно целесообразна в безлесных районах, а также при проходке тоннелей большого протяжения, где можно эффективно создавать большой фронт бетонных работ.
Полигональная (многоугольная) крепь (см. рис. VI. 18, в) представляет собой сочлененную из деревянных элементов (по 1,5—2 м) конструкцию, которую ставят по контуру выработки вслед за разработкой забоя. Эта конструкция должна быть тщательно расклинена в породе во избежание ее геометрической изменяемости. Она состоит из нечетного числа дощатых косяков 1 или брусьев, соединенных накладками и болтами. Элементы должны быть тщательно пригнаны по торцам под углом не более 120°, что необходимо по условиям устойчивости системы. Продольную устойчивость обеспечивают постановкой в узлах рамы распорок 2, а иногда дощатых связей (продольных 4, диагональных 5) и анкеров, поддерживающих стойки рам. Во избежание местных обрушений породы устраивают дощатую затяжку по верху рам (сплошную посредине и вразбежку по бокам).
От совместного действия горного давления и отпора породы все элементы крепи подвергаются в основном центральному сжатию, вызванному расклинкой 3. Обычно полигональную крепь возводят в готовой выработке снизу вверх. Исключение составляют случаи проходки в более мягких породах, когда установку крепи начинают с верхнего элемента (в пределах штольни) с последующим подведением остальных. Крепь такого типа по сравнению с веерной обладает целым рядом преимуществ, аналогичных арочной крепи, и может быть использована как инвентарная.
Последовательность ведения работ при арочной, полигональной и штанговой крепях зависит от состояния горных пород. В случае трещиноватости породы и, следовательно, опасности обрушения крепь ставят немедленно после проветривания забоя. В плотных породах возможно некоторое отставание. В исключительно крепких породах (базальт, порфирит) выработку можно оставлять без крепления.
Штанговая (анкерная) крепь

В отличие от контурной крепи (арочной и многоугольной) с обминаемыми под нагрузкой сопряжениями ее элементов, работающих на сжатие, штанговая крепь работает как напрягаемая арматура, превращающая кровлю выработки в породный свод или балку.
Штанговая крепь имеет следующие элементы (рис. VI.19): стальную штангу 3, вводимую в шпур, пробуренный в закрепляемой зоне выработки, головную часть 1, хвостовую часть с резьбой. После надежного закрепления головной части штанги в шпуре на хвостовую надевают стальную шайбу и завинчивают гайку 4. Вследствие натяжения штанги (усилие N) достигается обжатие породы на длине головки в пределах плоскостей 2 сдвига, а на остальной части по длине штанги происходит уплотнение отдельных пластов в результате возникающих сил трения (T).
Сооружение тоннелей горным способом

Ввиду отсутствия в штанговой крепи обжимаемых элементов ее жесткость выше, чем у контурной крепи, а закрепляемой породе благодаря натяжению штанг придаются повышенные качества по прочности, жестокости и несущей способности. Таким образом, укрепленная кровля выработки становится конструктивным элементом, выдерживающим значительные нагрузки от давления пород, расположенных выше.
Штанговая крепь по сравнению с контурной обладает производственными преимуществами по затратам материалов, расходу времени на перевозку, степени механизации крепежных и проходческих работ, надежности при взрывных работах, обеспечению качества проветривания и увеличению скорости проходки. Штанговая крепь имеет широкое применение в горной промышленности и штанговой крепи в тоннелестроении; этому способствуют более высокое качество заделки головной части (зависящее от твердости и устойчивости породы), быстрота установки и натяжения (до развития остаточных деформаций кровли выработки) и отсутствие воды в шпурах (ослабляющей заделку).
Различают штанги (рис. VI.20): стальные с клинощелевыми и с распорными головками и железобетонные.
Стальная штанга с клинощелевой головкой (см. рис. VI.20, а) имеет основную часть — штангу 2 для клина 1 с прорезью в головной части и резьбой на другом конце. Штангу вводят в шпур, превышающий по диаметру штангу на 5—7 мм с частично защемленным в прорези клином, и ударами отбойным молотком по выступающему концу штанги окончательно заклинивают головную часть. Затем надевают шайбу 3 и навинчивают натяжную гайку 4. Этот процесс выполняют пневматическим или гидравлическим ключом, обеспечивающим расчетное натяжение штанги. Для гарантии безопасности к штангам крепят стальную сетку, устраняющую опасность местных выводов породы.
Прочность заделки в стенку шпура проверяют испытанием на выдергивание штанг в производственных условиях и, в необходимых случаях, корректируют предварительно принятые параметры крепи.
К достоинствам клинощелевой штанговой крепи относятся простота ее изготовления и установки, а также сравнительно небольшая стоимость; к недостаткам — ограниченная область применения (в средних по твердости породах), объясняемая тем, что при небольших площадках контакта со стенками шпура усилие натяжения приводит к пластическому течению мягких пород и металла штанги в слишком твердых породах. Кроме этого, к недостаткам относятся: невозможность повторного использования, необходимость высокой точности бурения шпуров и ограничение их длины средними величинами, при соблюдении которых возможно обеспечить расчетную несущую способность заделки.
Сооружение тоннелей горным способом

Стальные штанги с распорной головкой закрепляют в шпуре с использованием эффекта расширения головки. Конструктивно это выполняют в виде двух клиньев, которым придается относительное смещение (см. рис. VI.20, б). Сущность такого устройства сводится к следующему; нижний клин 6 с гладким отверстием большего, чем у штанги, диаметра надевают до упора 7 на верхний конец штанги, снабженный резьбой, а затем ввинчивают его в верхний клин 5 с внутренней резьбой до контакта скошенных плоскостей клиньев. Собранную таким способом штангу, снабженную шайбой 3 и болтовой головкой 8, вводят в шпур с последующим ввинчиванием в верхний клин, заклиниваемый в стенку шпура. При этом нижний клин перемещается вдоль штанги и в сторону, чем и обеспечивается увеличение диаметра распорного устройства и его плотное примыкание к стенкам шпура.
Штанговая крепь распорного типа имеет следующие достоинства: возможность неоднократного использования, в связи с чем ее стоимость приближается к стоимости крепи клинощелевого типа; уменьшение диаметра штанги, неослабленной прорезью; увеличение прочности заделки вследствие большей поверхности распорного устройства. Недостаток — сложность изготовления.
Штанговая крепь обоих рассмотренных типов, будучи незащищенной от действия коррозии, относится к временным средствам ограждения выработки. Долговечной может быть только железобетонная штанговая крепь, защищенная от коррозии плотной цементно-песчаной оболочкой.
Конструкция такой крепи (рис. VI.20, в) может состоять из двух стальных оболочек полуцилиндрической формы с отверстиями 10, связанных проволокой и предварительно заполненных пластичным безусадочным цементно-песчаным раствором 11. Образованную таким способом трубку вводят в шпур и заклинивают. Затем отбойным молотком в трубку забивают стальной стержень периодического профиля 9, которым частично выдавливают раствор за пределы трубки и заполняют им свободное пространство в шпуре. Такая железобетонная штанга может воспринимать также срезывающие усилия, возникающие между отдельными пластами породы. Недостаток крепи — сложность натяжения штанги из-за применения различных по срокам схватывания и твердения растворов.
Сооружение тоннелей горным способом

Другая разновидность штанговой крепи, испытанная на строительстве транспортных тоннелей линии Абакан — Тайшет, представляет более простую конструкцию (рис. VI.21). В шпур вводят сопло стационарного или ручного растворонагнетателя и заполняют цементно-песчаным раствором порциями по 20—30 см глубины шпура. В заполненный раствором шпур забивают стальной стержень периодического профиля (диаметром 16—25 мм) с выступающим концом для крепления сетки или подхвата. Состав цементно-песчаного раствора 1:1 жесткой консистенции (осадка конуса 3—4 см) обеспечивает вступление крепи в работу через 10—12 ч при глиноземистом цементе марки 500 и через 18—20 ч при портланд цементе той же марки. Опытом установлено, что такой раствор наиболее активен с добавкой 6% (по весу) хлористого кальция. Штанговая крепь на таком растворе через 2 ч после установки воспринимает нагрузку в 5 г, а через 6 ч — 10 г.
Штанговая крепь всех типов может быть рекомендована для применения в породах средней твердости (глинистые сланцы, песчаник, известняк и т. п.); штанговая крепь с распорной головкой — в твердых породах (неповрежденные изверженные и метаморфические) и полускальных (мергель), железобетонная штанговая крепь — в породах твердых, очень твердых, а также в мягких (глины).
Сооружение тоннелей горным способом

При однородной породе в плоской кровле выработки пролетом L (рис. VI.22, а) применением штанговой крепи с шагом l расчетный пролет изгибаемого пласта уменьшается до величины l. При однородных слоистых породах (рис. VI.22, б) обжатие пластов штанговой крепью обеспечивает совместность работы пластов на изгиб, как монолитной породной балки пролетом L, и придает ей большую жесткость. При креплении выработок сводчатого очертания (рис. VI.22, в) в результате натяжений штанговой крепи образуется породный свод, обеспечивающий надежное ограждение выработки и воспринятие больших нагрузок. В случае трещиноватых пород с целью их омоноличивания целесообразно в породный свод нагнетать цементный раствор.
Выбирая параметры штанговой крепи, рекомендуется длину принимать в 0,2—0,25 ширины выработки, а ,направление штанг нормальным к слоям породы, шаг в поперечных рядах назначать равным 1,0—1,5 м, в продольном — устанавливать, исходя из условия постоянства числа штанг, применяемых за каждый цикл проходки.
Для обеспечения безопасности работ поверхность кровли выработки закрепляют одним из указанных способов:
1) стальной сеткой из проволоки толщиной 2—3 мм и размерами клеток 10x10 см, закрепляемой шайбами штанг (рис. VI.23,а), устанавливаемых после предварительного крепления сеток;
2) арочными подхватами в поперечных рядах штанг и деревянной затяжкой (рис. VI.23, б);
3) балочными подхватами в продольных рядах штанг и стальной сеткой (рис. VI.23, в);
4) торкретным слоем, наносимым по сетке или непосредственно по породе (см. рис. VI.23, б).
Сооружение тоннелей горным способом

Надежность заделки штанговой крепи с распорной головкой может быть определена из рассмотрения условий равновесия двухклинового устройства под действием силы N натяжения штанги и возникающих в стенках шпура и между клиньями реакций (рис. VI.24). Сила N, действующая на клин 1, уравновешивается реакциями S1 и S2, наклоненными к нормалям на площадках соответственно под углами трения φп (между головкой и породой) и φк (между клиньями).
Сооружение тоннелей горным способом

Величина распора H, передающаяся на стенки шпура, может быть определена из условия равенства нулю суммы горизонтальных проекций всех условий
Сооружение тоннелей горным способом

Для увеличения надежности работы штанги необходимо увеличивать угол трения φп и уменьшать угол заострения клина а и угол трения φк. Кроме этого, во избежание смещения заделки необходимо соблюдать условие, чтобы напряжения смятия не превосходили предела соответствующего перехода породы в пластическое состояние. Обычно натяжение штанги принимают в 3—5 г и контролируют при помощи пневмосбалчивателей с ограниченным крутящим моментом. Несущая способность штанги Q, определяемая ее прочностью на растяжение или прочностью заделки головки, должна быть рассчитана при плоской кровле выработки по весу выпадающего блока породы:
Сооружение тоннелей горным способом

При сводчатом очертании выработок проверять сечение штанги на выпадение блока породы не требуется.
Способ сплошного забоя

Способ сплошного забоя (рис. VI.25, а), при котором раскрывают выработку в один прием с установкой в случае необходимости временной крепи, наиболее распространен в устойчивых скальных породах.
В особо сложных случаях с целью геологической разведки пробуривают опережающую скважину диаметром 75—100 мм на глубину в 20—50 м. До уборки взорванной породы при необходимости кровлю закрепляют подхватами, прикрепленными к ранее установленным стальным аркам или рамам полигональной крепи, или штанговой крепью, с использованием площадок буровых устройств.
Сооружение тоннелей горным способом

В целях обеспечения безопасности работ и предотвращения случайных вывалов породы забой ограждают стальной сеткой или вертикальными досками. Сетку натягивают на рамки из стержней диаметром 10—12 мм. В качестве опор для такого ограждения используют раздвижные стальные трубы, располагаемые поперек забоя в 3—4 яруса и поддерживаемые стальными стержнями, вставленными в наклонные шпуры.
Этот способ обладает наиболее простой и четкой организацией работ, обеспечивающей снижение трудоемкости и высокие скорости проходки. Ввиду большой площади сечения могут быть реализованы все преимущества глубоких заходок без повышения расхода BB (снижение зажима породы) при условии достаточно высокой механо- и энерговооруженности.
Способ ступенчатого забоя

Для совмещения процессов бурения и уборки породы можно применять видоизмененный вариант способа сплошного забоя — способ ступенчатого забоя (рис. VI.25, б), при котором верхняя часть выработки опережает нижнюю на 1—1,5 нормальной величины заходки W. Бурение осуществляют одновременно на двух ступенях при помощи облегченных вспомогательных устройств, а взрывание с некоторым опережением верхней части. Для отброса породы целесообразно использовать силу взрыва. По мере разработки и удаления породы в калотте устанавливают штанговую, полигональную или арочную крепь. При этом способе значительно упрощается организация работ и несколько выше их производительность. Основной недостаток способа ступенчатого забоя — приостановка работы в одной из ступеней неизбежно влечет остановку всех работ.
Способ нижнего уступа

Способ нижнего уступа (рис. VI.26) применяют в породах, требующих крепления кровли перед началом буровых работ в забое Сущность способа заключается в том, что в первую очередь проходят калотту, а с отставанием на 30—50 м — штроссу. Бурят и взрывают в обеих частях одновременно, что приводит к значительной экономии времени на проветривание. Арочную, полигональную или штанговую крепь устанавливают непосредственно в калотте. При разработке нижнего уступа в зависимости от степени устойчивости стен используют любой из описанных способов.
Сооружение тоннелей горным способом

В случае необходимости ведения взрывных работ в нижнем уступе непосредственно под арочной крепью необходимо использовать дополнительные устройства (подхваты), прикрепляемые к аркам или рамам крепи. Эти подхваты перемещают вперед по мере разработки породы.
Удалять взорванную породу из верхней части наиболее целесообразно транспортером (через бункер в вагонетки), подвешенным к крепям в пределах полностью разработанного профиля. В целях механизации буровых работ целесообразно в калотте применять самоходные бурильные установки, буровые рамы, каретки и манипуляторы. Бетонные работы ведут сразу на полное кольцо на расстоянии в 20—30 м от взрывных работ. В отдельных случаях свод бетонируют до проходки нижнего уступа.
Способ нижнего уступа применим и в крепких скальных породах в выработках большого сечения для уменьшения высоты забоя.
Существенный недостаток способа — сложность организации работ по одновременному взрыванию двух забоев и связанному с этим временному переустройству (каждый раз) транспортных средств.
В двух последних рассмотренных способах (с вариантом) при арочной или полигональной крепи, устанавливаемой в два приема, возможно применение балок-подхватов (рис. VI.27), подвешиваемых к предыдущим аркам или рамам, и рандбалок, служащих опорой для крепи. Во время взрывания нижнего уступа рандбалки не имеют опоры, арки необходимо поддержать выдвижными балками-подхватами, закрепляемыми при помощи разъемных хомутов.
Сооружение тоннелей горным способом

Кроме параллельной системы работ, по которой проходку и бетонирование обделки ведут одновременно на нескольких участках, при проходке выработок большого сечения в крепких скальных породах может быть применена также и последовательная система, при которой штроссу начинают разрабатывать лишь после проходки опережающей калотты и ее закрепления временной крепью или обделкой на всем протяжении тоннеля. Организация работ в этом случае значительно проще ввиду отсутствия необходимости перегрузки породы и согласования одноименных операций в отдельных забоях.
Способ подсводного разреза

Способ подсводного разреза (рис. VI.28) применяют в скальных монолитных породах, почти не требующих временного крепления при высоких сечениях тоннеля. Работу начинают с проходки нижней направляющей штольни I, затем в два приема делают сквозные разрезы II и III до замка свода, после чего разрабатывают калотту IV. Следующий этап V работ — разработка боковых частей штроссы и кладка обделки, начиная от подошвы стен. В системе крепления штольни предусмотрен прочный настил из пластин или бревен. Для большей прочности крепи подводят подхват под верхняки штольни. В настиле устраивают люки для периодического сбрасывания породы в вагонетки. При необходимости в калоттной части профиля применяют временную крепь, состоящую из системы дверных окладов, опертых нижними концами стоек на прогоны подхвата.
Сооружение тоннелей горным способом

Приведенная последовательность работ благодаря созданию дополнительных плоскостей обеспечивает уменьшение затрат взрывчатых веществ и суммарной длины шпуров, повышение скорости проходки и улучшение экономического эффекта. При разработке породы на участках II и III бурить шпуры удобно телескопными перфораторами. Способ погрузки вагонеток также весьма рационален благодаря минимальным затратам усилий и весьма интенсивному использованию транспортных средств.
В продольном направлении работы ведут поточным методом одновременно на значительном расстоянии. Вслед за направляющей штольней удаляют потолок и разрабатывают подсводный разрез. В последующих кольцах раскрывают калотту и штроссу и, наконец, устанавливают опалубку и бетонируют.
Способ центральной штольни

Способ центральной штольни (рис. VI.29) применяют в крепких скальных породах и при пролетах тоннеля не менее 5—6 м. В средней части сечения пробивают направляющую штольню, которая служит для дальнейшего расширения профиля. Шпуры располагают в плоскостях поперечного сечения тоннеля. Особенность работы — установка одного или двух колонковых перфораторов в положение, обеспечивающее бурение всего комплекта шпуров с одной установки. Существенным преимуществом являются экономия BB и высокие темпы проходки (более 10 м в сутки), в особенности при использовании боковой вспомогательной транспортной штольни, соединяемой с главной выработкой поперечными штольнями через 100—200 м. Вспомогательная штольня обеспечивает бесперебойную уборку породы, позволяет увеличить число дополнительных забоев и может быть использована для размещения вентиляционных труб, кабелей, организации водоотлива, кроме того, применение такой штольни способствует ускорению строительства длинных тоннелей и улучшению их последующей эксплуатации.
Сооружение тоннелей горным способом

Интересен способ центральной штольни, совмещенный со штанговой крепью (рис. VI.30). Кровлю выработки в трещиноватых породах закрепляют штанговой крепью до ее раскрытия, используя центральную штольню и удлиненные радиальные шпуры, выходящие на 2 м за проектный контур выработки. В качестве штанг используют стальные зигзагообразные стержни 4 и 5 диаметром 12 мм с нарезкой на конце для крепления защитной сетки 6. Концы штанг пропускают через каучуковую пробку 3. Армированную зону шпура заполняют под давлением до 15 ати раствором глиноземистого цемента, что обеспечивает надежную связь штанги с породой и цементацию последней. После затвердения раствора до требуемой прочности в остальную часть шпуров закладывают заряд BB 2 с забойкой 1 и проводят взрывание отдельными дисками на участке до 15 м в один прием.
В зависимости от местных условий указанные способы могут быть видоизменены или применены новые с учетом конкретных условий постройки данного тоннеля.
Сооружение тоннелей горным способом

Добавлено Serxio 29-01-2016, 00:18 Просмотров: 24 916
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent