Сооружение тоннелей под сжатым воздухом
|
Компрессорная установка Сжатый воздух как средство для осушения забоя применяют при щитовой проходке в обводненных песках, в водонасыщенных неустойчивых породах, в устойчивых породах при малой толщине их залегания над тоннелем, а также при сооружении подводных тоннелей. Давление сжатого воздуха зависит от гидростатического давления, характера породы и высоты поперечного сечения тоннеля. Давление воздуха, как правило, не должно превышать гидростатического напора на уровне трети высоты забоя (считая снизу), т.е.  Это объясняется тем, что при горизонтальных проходках под сжатым воздухом необходимо устанавливать такой режим, при котором были бы исключены прорывы сжатого воздуха в верхней части забоя и прорыва воды в нижней. Наибольшую опасность представляет собою давление большее, чем это требуется по условиям отжатая воды; поэтому, уравновешивая давление на указанном уровне, допускают некоторое обводнение нижней трети высоты сечения, чем и вызывается необходимость в особых ограждениях. Расход воздуха зависит от ряда причин, важнейшей из которых является утечка в забое и через строительный зазор щита. Во избежание утечек воздуха в верхней части забоя применяют мягкую глину, набиваемую по контуру щита. Утечка через неплотности в швах обделки и при шлюзовании сравнительно невелика и ее можно не учитывать в расчете. Объем подаваемого в тоннель сжатого воздуха обычно приводят к условиям нормального давления. Этот объем (в м3/мин) зависит от диаметра выработки, давления воздуха в тоннеле и от коэффициента воздухопроницаемости породы, т. е.   Все породы по степени их воздухопроницаемости можно разбить на шесть категорий с изменением коэффициента от 0,5 до 2,0. Низший предел соответствует плотным породам, высший — наиболее пористым. Расход воздуха определяют по его наибольшей утечке, а не по условиям прорыва. Обычно производительность компрессорной станции устанавливают с учетом резерва в пределах 25—50%, причем последний должен быть обеспечен независимым источником энергии для полной гарантии бесперебойности работ. По правилам, принятым московским Метростроем, работу под сжатым воздухом допускают при наличии одной или нескольких компрессорных станций, обеспечивающих расчетное количество воздуха и аварийный запас в размере 30% при условии подачи энергии по общей магистрали. Обычно компрессорную станцию оборудуют компрессорами различной производительности, что обеспечивает возможность комбинировать общую подачу воздуха в трубы и заменять компрессоры при их ремонте. Местоположение компрессорных станций должно быть вне зоны задымления и возможных осадок поверхности. Нагнетаемый в тоннель воздух должен очищаться, проходя через специальные фильтры, контролируемые анализом сжатого воздуха не реже трех раз в месяц. Температура подаваемого воздуха должна быть не выше +22° С в теплое время года и не ниже +15° С в холодное время. Шлюзовые перегородки и их оборудование Назначение шлюзовых перегородок — оградить зону сжатого воздуха от нормального. Поэтому они должны быть совершенно воздухонепроницаемыми и рассчитаны на полуторное рабочее давление воздуха, т. е. не ниже 3,5 ати. Конструктивные формы шлюзовых перегородок зависят главным образом от применяемых материалов (сталь, железобетон, бетон и кирпич) и от размеров поперечного сечения тоннеля.  Наибольший практический интерес представляют стальные перегородки (рис. IX.9), как обеспечивающие возможность их разборки и переноса по мере удаления щита на расстояние 200—250 м, что характерно для сооружения подводных тоннелей. Такая перегородка представляет собой систему диаметрально расположенных главных и вспомогательных балок. Главные балки имеют монтажный стык в центральном узле. Co стороны сжатого воздуха балки покрывают стальными листами толщиной 8—10 мм, которые крепят по окружности к обделке при помощи кольцевых (12 мм) прокладок между тюбингами. Воздухонепроницаемость перегородки обеспечивают резиновыми прокладками. Суммарное давление cжатого воздуха воспринимается перегородкой и передается на обделку главными балками непосредственно по их концам и посредине через диагональные подкосы.  Шлюзовые перегородки из железобетона (рис. IX. 10), а также из кирпича идентичны по форме и громоздки в конструктивном отношении. Характерная особенность — перегородки и шлюзы выполняют из одного материала и только двери из стали. Для обеспечения воздухонепроницаемости такую перегородку необходимо тщательно оштукатурить и железнить. Перегородки из бетона имеют то относительное преимущество, что бетонную смесь можно укладывать в пластическом состоянии и, следовательно, обеспечивать плотное охватывание шлюзов и труб, закладываемых в сплошную стену перегородки. Собственно шлюзы в этом случае делают металлическими. Особенность шлюзовых аппаратов, применяемых при проходке тоннелей — сравнительно большие размеры их и строгая специализация по назначению. Обычно, в перегородках применяют шлюзы следующего назначения: два нижних — материальные для шлюзования породы и строительных материалов, один верхний — для людей, второй верхний — противоаварийный, служащий запасным выходом для работающих в случае аварии. В тоннелях небольших сечений применяют соответственно меньшее число шлюзов. Эти шлюзы в отличие от обычных, применяемых в кессонной практике, изготовляют в виде стальных котлов, имеющих по концам двери, открываемые в сторону высокого давления. Размеры поперечного сечения шлюзов назначают по условиям безопасности и удобства их эксплуатации. Так, для материальных шлюзов диаметр поперечного сечения определяют по размерам подвижного состава (вагонеток), пропускаемых через шлюз (1,8—2,1 м). Диаметр поперечного сечения шлюзов для людей назначают из условия нахождения в шлюзе стоящих рабочих (1,9—2,0 м). Для унификации типов шлюзов принимают одинаковые размеры их поперечного сечения с диаметром 2,0 м. Длину материальных шлюзов назначают исходя из условия помещения в них по три-четыре вагонетки. Для пропуска этих вагонеток в зону нормального давления по рельсовому пути, уложенному внутри шлюза, необходимо предусматривать откидное рельсовое звено на протяжении 1 м. Это звено должно опускаться или подниматься для возможности открывания двери. Общая длина материального шлюза 6—8 м. Длину шлюзов для людей назначают по условиям размещения в них всей смены рабочих и технического персонала, шлюзующихся одновременно. С обеих сторон шлюза предусматривают скамьи для сидения; длину их определяют по норме 0,4 м для каждого шлюзующегося. Противоаварийные шлюзы используют лишь в особых случаях для спасения людей при затоплении тоннеля. Противоаварийный шлюз должен быть всегда открытым в сторону высокого давления и быть готовым к немедленному использованию во всякое время; поэтому длину его делают достаточной для вмещения смен, находящихся в зоне сжатого воздуха. Использование шлюзов для людей и противоаварийного для подачи материалов, а также загромождение их чем бы то ни было категоричеоки запрещается. Для проведения геодезических работ по переносу направления и отметок в зону сжатого воздуха применяют так называемый геодезический прикамерок. Его обычно выполняют удлинением противоаварийного шлюза приблизительно на 1,8 м. Благодаря этому шлюз имеет три двери, что позволяет геодезистам работать в удлиненной части его без необходимости закрывать дверь со стороны высокого давления. Для нормальной эксплуатации шлюзы должны быть оборудованы кессонными приспособлениями в соответствии с правилами по технике безопасности на строительстве тоннелей и испытаны по правилам котлонадзора. Для пропуска длинномерных материалов используют шлюз-трубу диаметром 25—50см. Для технических нужд по разработке забоя через шлюзовую перегородку проводят следующие трубы: 1) для подачи сжатого воздуха; 2) сифонные; 3) для подачи жидкости от гидроаккумуляторной установки; 4) для технического и пожарного водопроводов; 5) для подвода воздуха с давлением 5—6 ати; 6) для силового, осветительного и сигнального кабелей. В параллельных тоннельных проходках под руслами рек или в неустойчивых водообильных породах на расстоянии не более 50 м от шлюзовой перегородки необходимо устраивать соединительные штольни, оборудуемые шлюзами для людей с двумя при-камерками. Такие запасные шлюзовые устройства должны иметь питание сжатым воздухом и оборудование по типу шлюзов для людей. Подходы к ним должны быть обозначены яркими световыми сигналами. В качестве приспособлений для безопасности работ под сжатым воздухом необходимо предусматривать специальные предохранительные устройства, которые дают возможность быстро покинуть тоннель. Для этой цели применяют противоаварийные помост, шлюз и предохранительную переборку. Противоаварийный помост устраивают в верхней части тоннеля на всем протяжении от щита до перегородки; его делают шириной около 1 м, снабжают поручнями и обеспечивают специальным освещением. На расстоянии не более 75 м устраивают лестницы. Предохранительная переборка представляет собою воздухонепроницаемую диафрагму, устанавливаемую в верхней части тоннеля на расстоянии не более 35 м от щита. Ее выполняют из листовой стали и снабжают дополнительным шлюзом вместимостью на 2—4 человека. Эта переборка предохраняет от заполнения тоннеля выше нижней части переборки, так как она создает как бы водолазный колокол. Особенности работ под сжатым воздухом При работе в забое под сжатым воздухом необходимо соблюдать ряд правил для обеспечения полной безопасности проходки. Так, проходку щитом под сжатым воздухом нужно вести, как правило, глухим забоем и без перерывов; при креплении и перекреплении забоя необходимо ограничивать высоту одновременной разработки величиной 30 см. Разработку породы необходимо вести сверху вниз одновременно во всех ячейках каждого яруса. Одновременная разработка породы в нескольких ярусах допустима лишь при оборудовании ножевой части щита разделительными устройствами. Забой нужно крепить гидравлическими забойными домкратами, а в перерывах между передвижками щита — дополнительной системой жесткой крепи. Нужно также иметь постоянный запас материалов (пригнанные по контуру щита доски, запас пакли, глины и мешков) для быстрой ликвидации начавшегося прорыва. Особенность взрывных работ — обеспечение от повреждения лобовых устройств, что достигают применением мелких шпуров и небольших зарядов, рассчитанных только на рыхление породы, а также возможность допуска людей к забою после взрыва при условии использования сифонной трубы в течение 1 ч. При проходке подводных тоннелей при толщине слоя породы менее 5 м ведение взрывных работ недопустимо; во всяком случае совершенно исключено применение огневого взрывания; а электровзрывание допустимо лишь при условии применения взрывных машинок и рубильников закрытого типа. Основные противопожарные правила и мероприятия при работах под сжатым воздухом: 1) газовая сварка совершенно недопустима; 2) допускается электросварка только тех элементов, которые не могут быть сварены вне зоны сжатого воздуха; при этом место электросварки должно быть ограждено несгораемыми щитами, а корпусы аппаратов надежно заземлены; 3) подмости и крепи необходимо изготавливать из огнестойких материалов; 4) применение легковоспламеняющихся материалов должно быть ограничено и в особых случаях хранение их допустимо в металлическом закрывающемся сосуде. |
