Строительство тоннелей

31.1. Горный способ

При строительстве тоннелей горным способом одной из наи­более трудоемких операций является разработка грунта. Сравни­тельно некрепкие грунты с коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова/= 1... 2 можно разрабатывать вручную или с применением механизированных инструментов: отбойных мо­лотков и пневматических лопат. Грунты с/> 2...3 разрабатывают буровзрывным способом или рабочими органами тоннелепроход-ческих машин (ТПМ).

В последнее время ведутся работы по созданию и внедрению новых, более эффективных способов разработки грунта: гидрав­лического, термического, электрофизического, химического, — которые могут применяться как самостоятельные или в сочета­нии с механическим.

При буровзрывном способе по всей площади тоннельно­го забоя забуривают шпуры диаметром 36...42 мм и глубиной 2...4 м, в которые помещают заряды взрывчатого вещества (ВВ). После взрыва зарядов забой продвигается на 2...4 м. Количество, глубина и расположение шпуров в забое, а также расход ВВ опре­деляются формой и размерами выработки, крепостью и услови­ями залегания грунтов и устанавливаются расчетом.

Шпуры подразделяют на врубовые, создающие предваритель­ный отрыв грунта, отбойные — для разрушения основной массы грунта и контурные — для создания проектного очертания выра­ботки (рис. 31.1).

Для уменьшения переборов грунта и лучшего оконтуривания выработки применяют технологию гладкого взрывания и предварительного откола грунта с использованием электродетонаторов короткозамедленного действия (25... 250 мс). При этом контурные шпуры располагают на расстоянии 0,3...0,5 м, а заряды их делают рассредоточенными, оставляя между ними воздушные промежутки или вставляя деревянные прокладки.

Для бурения шпуров применяют бурильные молотки пневмати­ческого, электрического или гидравлического действия, работа­ющие по принципу ударно-поворотного, вращательного или вра-щательно-ударного бурения.

Рис. 31.1. Схема расположения шпуров в забое:

— врубовые шпуры; //... VI — отбойные шпуры; VII — контурные шпуры; VIII — подошвенные шпуры

Бурильные молотки закрепляют на поддерживающих приспо­соблениях (стойках, распорных колонках, пневмоподдержках, ма­нипуляторах) и снабжают автоподатчиками, обеспечивающими заданное направление бурения.

При проходке тоннельных выработок на полный профиль наи­более эффективны самоходные буровые рамы, каретки и агрегаты на пневмо- или гусеничном ходу, оснащенные несколькими (от 2 до 5) высокочастотными (до 4 500 мин"¹) перфораторами. Созданы и применяются буровые установки с подъемными, выдвижными и поворотными платформами для возможности установки времен­ной крепи, а также с устройствами программного управления и автоматики, обеспечивающие полностью автоматизированное обуривание забоя.

В последние годы для разработки скальных грунтов наряду с буровзрывным способом применяют механизированные ТПМ с рабочим органом сплошного или избирательного действия.

Машины первой группы имеют чаще всего составной телеско­пический корпус, элементы которого поочередно раскрепляются радиальными домкратами в стены выработки и перемещаются поступательно горизонтальными домкратами. В головной части корпуса закреплен рабочий орган в виде диска или многолучевого ротора, оснащенного резцами, фрезами, скалывателями, шарош­ками или гидравлическими насадками, способными разрушить грунты с коэффициентами крепости до 8 и более (рис. 31.2). Для удаления разработанного грунта на тоннелепроходческих маши­нах имеется система ковшей и транспортеров.

При проходке выработок по частям в грунтах с коэффициен­том крепости/= 3...5 находят применение тоннелепроходческие машины с рабочим органом избирательного действия. Такие ма­шины перемещаются преимущественно на гусеничном ходу, раз­рабатывают грунт одной или двумя фрезами, закрепленными на

Рис. 31.2. ТПМ с рабочим органом роторного действия

стрелах-манипуляторах, и грузят его встроенными погрузчиками (рис. 31.3).

В отличие от машин первой группы ТПМ избирательного дей­ствия могут создавать выработки практически любого очертания.

Рис. 31.3. ТПМ с рабочим органом избирательного действия

Основные преимущества ТПМ по сравнению с буровзрывным способом заключаются в достижении ровного контура выработки и сокращении переборов грунта, уменьшении нарушений грун­тового массива и увеличении темпов разработки грунта.

Погрузку разработанного грунта при проходке тоннелей гор­ным способом осуществляют специализированными погрузочны­ми машинами на рельсовом, пневмоколесном или гусеничном ходу, оснащенными ковшами вместимостью 0,2...0,6 м³ и обеспе­чивающими техническую производительность погрузки 20... 50 м³/ч. Наибольшей технической производительностью (до 360 м³/ч) об­ладают погрузочные машины с нагребающими рычагами, а также тоннельные экскаваторы, которые могут грузить крупные куски породы непосредственно в автомобили-самосвалы или самоход­ные вагоны.

Для откатки грунта применяют преимущественно цикличный (рельсовый или автомобильный) транспорт. Основные средства рельсового транспорта: пути узкой колеи (600, 750, 900 мм), «глу­хие», опрокидные или саморазгружающиеся вагонетки вмести­мостью от 0,75 до 3 м³ (иногда до 10 м³), а также контактные или аккумуляторные электровозы. При длине тоннеля менее 1,5... 1 км более эффективно применение автомобилей-самосвалов, думпе­ров, автопоездов вместимостью до 10... 12 м³ или самоходных ва­гонов на пневмоходу грузоподъемностью до 20 т, снабженных га­зоочистителями. Представляется перспективным применение не­прерывного конвейерного транспорта, состоящего из системы транспортеров производительностью до 600... 800 т/ч, а также пнев­матического и гидравлического трубопроводного транспорта.

Для временного крепления тоннельных выработок в скальных грунтах применяют контурную (арочную, анкерную, набрызг-бе-тонную) или опережающую (анкерную, экраны из труб, бетон­ные своды-оболочки) крепь.

Арочную крепь устраивают в слабоустойчивых грунтах и собира­ют из кружальных стальных элементов прокатного профиля, со­единяемых между собой на сварке или болтах. Отдельные арки устанавливают по длине тоннеля через 0,8... 1,5 м, расклинивают в грунт и раскрепляют между собой распорками. Пространство между арками заполняют досками, стальными гофрированными листами или бетонными плитами (рис. 31.4, а).

Анкерную крепь применяют практически в любых скальных грун­тах. Стальные (клиновые или распорные), сталебетонные (забив­ные, нагнетаемые, перфорированные) и сталеполимерные (пат­ронированные или инъекционные) анкеры помещают в шпуры диаметром 36...42 мм и глубиной 2...3 м, пробуренные по конту­ру выработки, закрепляя и армируя область нарушенных грунтов вокруг тоннеля (рис. 31.4, б). Стержни стальных анкеров диамет­ром 25...30 мм заделывают в шпурах замковыми устройствами,

А-А

	_<	2
				-
	-			-
		У/ /// «0	/// Л? «0	/А

Рис. 31.4. Схемы контурной (а —г) и опережающей (д, е) крепей:

1 — арка; 2 — затяжка; 3 — распорка; 4 — анкер; 5 — сетка; 6 — стержень анкера; 7 — цементный раствор; 8 — ампулы со смолой и отвердителем; 9 — уплотни­тель; 10 — экран из труб; 11 — опережающая бетонная крепь; 12 — контур

обделки

сталебетонных — цементным раствором (рис. 31.4, в), а сталепо-лимерных — синтетическими смолами (рис. 31.4, г). Несущая спо­собность одного анкера изменяется от 60 до 100 кН. Для предотв­ращения местных вывалов грунта между анкерами подвешивают стальную сетку.

Набрызг-бетонную крепь выполняют в виде армированного или неармированного покрытия толщиной 100... 120 мм, которое сгла­живает неровности контура выработки, уменьшает концентрацию напряжений, заполняет трещины в грунте и создает несущий свод.

В ряде случаев применяют комбинированную крепь из арок и ан­керов, арок и набрызг-бетона, анкеров и набрызг-бетона.

В нарушенных и неустойчивых скальных грунтах целесообразно использовать опережающую крепь, которую устраивают до рас­крытия выработки. В практике тоннелестроения применяют опе­режающую анкерную крепь, а также защитные экраны из труб. Отдельные секции стальных труб диаметром до 200 мм и длиной 5... 10 м устанавливают в скважины, пробуренные на глубину до 15...20 м из забоя выработки, и соединяют между собой сваркой или на резьбе (рис. 31.4, д). Скважины забуривают по контуру

выработки всплошную или с зазорами под углом 4...6° к оси тон­неля специальными буровыми агрегатами.

Получает распространение опережающая бетонная крепь, ко­торую возводят путем предварительной нарезки контурной щели длиной 2...3 м и высотой 0,15...0,20 м и заполнения ее монолит­ным бетоном или сборными элементами (рис. 31.4, ё).

Соседние секции опережающей крепи перекрывают друг друга и образуют сплошное покрытие, под защитой которого раскры­вают выработку и возводят обделку, причем элементы опережа­ющей крепи (так же, как и контурной) могут входить в состав постоянной конструкции тоннеля.

Технология ведения работ при горном способе определяется главным образом инженерно-геологическими условиями.

В достаточно прочных и устойчивых скальных грунтах находят применение механизированные горные способы: сплошного и ступенчатого забоя, нижнего уступа и др.

Первые два способа применяют в крепких скальных грунтах (/> 6...7), причем, когда устойчивость вертикального забоя обес­печить невозможно, его расчленяют на две части, разрабатывая сначала сводовую часть, а затем нижнюю ступень.

Работы по разработке, погрузке и транспортированию грунта, а также по устройству временной крепи при этих способах ведут с применением крупных средств механизации (рис. 31.5) со скоро­стями до 150...200 м/мес.

Рис. 31.5. Технологическая схема проходки тоннеля способом сплошного

забоя:

1 — шпуры; 2 — технологическая тележка; 3 — анкеры; 4 — сетка; 5 — бетоно-вод; 6 — передвижная опалубка; 7 — автобетоносмеситель; 8 — автобетононасос; 9 — самосвальный автопоезд; 10 — породопогрузочная машина; 11 — бурильная

установка

В грунтах с коэффициентом кре­пости/= 4...6 используют способ нижнего уступа, при котором сводо­вую часть выработки проходят с опе­режением нижней части на 30... 50 м.

Во всех рассмотренных способах
работ обделку возводят аналогичным
образом с применением механизиро­
ванной передвижной опалубки. Чаще
всего используют телескопическую
опалубку из отдельных секций дли- _ _,, _ _.,,„.
ной 2...3 м, которые выполняют из Рис 31.6. Этапы работ (/-/X)
' ^ при новом австрийском спо-

стальных кружальных элементов, ^

шарнирно соединенных между собой. Это позволяет складывать и пооче­редно перевозить все секции на одной монтажной тележке, осна­щенной домкратами и лебедками (см. рис. 31.5).

В грунтах типа сланцев, аргиллитов и алевролитов с/= 3...5 весьма эффективен новый австрийский способ. При этом вначале при помощи тоннельных машин с рабочим органом из­бирательного действия разрабатывают периферийную часть выра­ботки, закрепляя ее набрызг-бетоном и анкерами. После стабили­зации окружающего грунтового массива, что регистрируется из­мерительными приборами, устраивают обделку из монолитного бетона или набрызг-бетона (рис. 31.6). При таком способе удается значительно облегчить конструкцию обделки, используя процесс затухающей ползучести грунтов.

Дата добавления: 2015-08-17