Новые методы сооружения тоннелей горным способом

Описанные выше горные способы работ (опертого свода опорного ядра, раскрытия на полное сечение по частям) являются трудоемкими, поскольку разработку грунта и устройство обделки ведут отдельными частями, а не на все сечение тоннеля.

При этих способах вследствие загромождения сечения тоннеля временным креплением и необходимости возведения постоянной обделки на узком фронте работ возможность применения высокопроизводительной горнопроходческой техники ограничивается, а скорости проходки низкие.

Разработаны новые методы работ, которые позволяют раскрывать сечение тоннеля сразу на возможно больший профиль с установкой временной крепи, не загромождающей сечение, и последующим возведением постоянной обделки на широком фронте. К таким методам относятся:

метод проходки с устройством податливого свода (разработан австрийскими инженерами в середине шестидесятых годов и получил название новоавстрийского);

метод проходки с устройством арочно-бетонной крепи (предложен советскими специалистами);

новый вариант метода опорного ядра.

Метод проходки с устройством податливого свода (новоавстрийский метод). Разработка технологии работ по сооружению тоннеля этим методом исходит из следующих основных положений.

После проходки горной выработки порода в естественном массиве постепенно переходит из упругого состояния в состояние потери устойчивости и далее в неустойчивое состояние. Установка временной крепи во время проходки должна обеспечить устойчивость массива. При этом крепь может работать как жесткая опора для окружающего массива, или как податливая конструкция, допускающая деформации совместно с массивом.

Рис. 118. Сравнение конструкций обделок, выполненных по различным технологиям:
а – горный способ; б – новоавстрийский способ; 1 – деревянная затяжка; 2 – стальная арка; 3 – рошпаны (1, 2 и 3 составляют временную крепь, расположенную вне постоянной обделки); 4 – бетонная или железобетонная постоянная обделка; 5 – обратный свод; 6 – несущий породно-анкерный свод; 7 – анкеры (в шахматном порядке); 8 – наружный слой обделки из набрызгбетона толщиной 5-15 см (вместе с анкерами служит временной крепью); 9 – внутренний слой постоянной обделки из набрызгбетона или бетона толщиной 10-35 см

Податливая конструкция крепи дает возможность максимально использовать собственную несущую способность породного массива. При этом крепление выработки следует выполнять как можно быстрее после разработки породы с тем, чтобы эффективно использовать естественную устойчивость породы до перехода ее в неустойчивое состояние. Это достигается путем создания податливого свода состоящего из тонкой оболочки набрызгбетона, плотно нанесенной на породу и армированной (в случае необходимости) сеткой или арками, и слоя прилегающих к этой оболочке пород, включенных в работу свода путем установки в породу системы анкеров различной длины. В таком искусственно созданном податливом своде гибкая оболочка из набрызгбетона воспринимает лишь незначительные изгибающие нагрузки, а слой пород, закрепленный анкерами, принимает на себя основное горное давление (рис. 118).

Возведенное таким образом временное крепление, взаимодействующее с породой и плотно к ней прижатое по всему периметру выработки, искусственно удлиняет время сохранения устойчивости горными породами до тех пор, пока не будет возведена постоянная обделка. При этом сечение тоннеля освобождается, что дает возможность широко применять высокопроизводительные горнопроходческие механизмы, а постоянную обделку можно возводить на значительном удалении от забоя и сразу по всему сечению с использованием механизированной опалубки и бетоноукладочных машин.

При этом методе в ходе проходки необходимо систематически вести контрольные измерения горного давления, нагрузок на крепь и деформаций крепи и массива. Это дает возможность на основании результатов измерений в зависимости от толщины слоя набрызгбетона, длины и диаметра анкеров увеличивать, при необходимости число анкеров и толщину слоя набрызгбетона.

Новоавстрийский метод можно применять в разнообразных и сложных инженерно-геологических условиях (например, в неустойчивых или подверженных пучению породах при проходке горных тоннелей, а также для безосадочной проходки тоннелей метрополитенов).

Новоавстрийский метод дает возможность скоростного и экономичного сооружения тоннелей, поскольку применение податливой крепи и оптимальное использование естественной устойчивости массива позволяют уменьшить металлоемкость временной крепи и толщину постоянной обделки, которую рассчитывают с учетом восприятия горного давления временной податливой крепью.

В благоприятных геологических условиях, например в скальных породах, можно применять только набрызгбетон, оставляя небольшое число анкеров в породе.

Рис. 119. Технологическая схема сооружения тоннеля новоавстрийским методом:
1 – буровой портальный агрегат; 2 – анкеры; 3 – сетка; 4 – слой набрызгбетона; 5 – установка для нанесения набрызгбетона, смонтированная на автомобиле; 6 – тележка с измерительными приборами; 7 – механизированная опалубка, 8 – постоянная обделка тоннеля

В зависимости от размеров поперечного сечения тоннеля и гор-но-геологических условий раскрытие забоя производят на полный профиль или одним-двумя уступами (рис. 119). Технологический процесс включает следующие основные операции (порядок их может меняться в зависимости от геологических условий):

бурение шпуров, разработка и уборка породы. При выполнении этих работ необходимо получить по возможности более гладкую поверхность выработки для упрощения набрызгбетонных работ. Целесообразно применять комбайновую проходку, а при взрывных работах – способ гладкого взрывания;

нанесение слоя набрызгбетона. Этот процесс должен осуществляться непосредственно после разработки породы свода с минимальным отрывом по времени. В зависимости от геологических условий набрызгбетон наносят на боковые и лобовые поверхности забоя в несколько слоев, при толщине каждого слоя от 5 до 10 см. При нанесении на металлическую сетку необходимо следить, чтобы она прочно и плотно была прикреплена к породе или ранее уложенному слою набрызгбетона;

установка анкерной крепи. Эту операцию осуществляют в непосредственной близости от забоя сразу после нанесения набрызгбетона. Необходимо строго соблюдать проектное расположение, глубину и диаметр шпура; длина и наклон анкеров могут меняться в зависимости от конкретных геологических условий на отдельных участках;

проведение контрольных измерений и поддержание выработки временной крепью до возведения постоянной конструкции обделки. Эту работу ведут по разработанной заранее программе, определяющей размещение оборудования для измерения, частоту измерения, обработку информации. Данные контрольных измерений используют при усилении набрызгбетонной обделки или при расчетах конструкции постоянной обделки;

возведение постоянной конструкции обделки с учетом данных контрольных измерений.

Метод проходки с устройством арочно-бетонной крепи. Технология проходки с применением арочно-бетонной крепи также базируется на применении крепей ограниченной податливости, позволяющих реализовать несущую способность горного массива. Основными конструктивно-технологическими принципами этой технологии являются: немедленное возведение у забоя металлической арочной крепи, рассчитываемой на частичное восприятие расчетной величины горного давления в строительный период, и замена традиционной дощатой затяжки бетонным слоем минимальной толщины, уложенным между породой и внешней полкой установленной арки (рис. 120).

Эта крепь ограниченной податливости обеспечивает поддержание выработки в строительный период вначале за счет деформа-тивности собственно арок, а позже за счет ползучести бетона, которая затухает по мере его твердения. В этот период производят замер деформаций арочно-бетонной крепи для контроля правильности принятых расчетных предпосылок. Если деформации незначительны или отсутствуют, то арки можно демонтировать для повторного использования на следующих участках тоннеля.

Возведенную таким образом временную арочно-бетонную крепь (с арками или без них) используют в постоянной обделке, в качестве первого слоя, рассчитанного на восприятие горного давления. Толщину второго слоя постоянной обделки определяют расчетом многослойной системы на нагрузки эксплуатационного периода (гидростатическое давление, остаточное горное давление, сейсмические воздействия и т. д.).

В технологический процесс при этом методе сооружения тоннеля входят следующие операции:

бурение шпуров, разработка и уборка породы;

установка арок крепления, монтаж опалубки и укладка бетона за арки;

установка марок для измерения смещений бетона, проведение измерений и принятие решения о снятии или оставлении арок;

бетонирование внутреннего слоя постоянной обделки.

Новый вариант метода опорного ядра. Этот метод (рис. 121) применяют в грунтах с коэффициентом крепости от 1 до 4. Технология работ состоит в следующем. В начале по обеим сторонам будущего тоннеля проходят опорные выработки круглого или подковообразного поперечного сечения, причем проходку ведут с опережением одной выработки по отношению к другой. После проведения опорных выработок в них бетонируют стены будущего тоннеля. Затем проходят калоттный профиль с одновременным возведением свода тоннеля из сборных или монолитных железобетонных конструкций с опережением их на длину возведенных стен. На последней стадии разрабатывают ядро и бетонируют обратный свод.

Рис. 120. Технологическая схема проходки тоннеля с арочно-бетонной крепью:
1 – временная арочно бетонная крепь; 2 – буровой портальный агрегат; 3 – стальные арки; 4 – первичная бетонная обделка; 5 – бетоносмеситель с бетононасосом; б – вентиляционный короб; 7 – технологическая тележка с арками; 8 o– механизированная опалубка; 9 – постоянная бетонная обделка;, 10 oo– бетонирование нижних частей стен обделки; 11 –-опалубка стен; 12 – бульдозер

Рис. 121. Технологическая схема сооружения тоннеля новым вариантом метода опорного ядра со сборно-монолитной обделкой:

а – проходка опорных тоннелей или штолен; б – возведение боковых бетонных стен; в-проходка сводовой части; г – разработка ядра; д – сооружение обратного свода; 1 – опорные тоннели; 2 – сборная обделка опорных тоннелей; 3 – блокоу кладчик; 4 – породопогрузочная машина; 5 – тележка для нагнетания раствора за обделку; 6 – вентиляционная труба; 7 – боковые бетонные стены; 8 – пневмобе-тононагнетатель; 9 – электровоз; 10 – опалубка стен; 11 – ядро; 12 – калоттная часть тоннеля; 13 – обделка свода из сборных железо-бетонных блоков; 14 – укладчик обделки свода; 15 – самоходный вагон-самосвал; 16 – самоходная буровая установка; 17 – самосвальный автопоезд; 18 – тоннельный экскаватор; 19 – обратный «вод

Весь комплекс работ выполняют с применением высокопроизводительного оборудования: щитов, укладчиков, породопогрузочных машин, экскаваторов, механизированной опалубки, бетононасосов и автомобильного транспорта. По такой технологии сооружают односводчатые станции.

Контрольные вопросы

Чем характеризуется горный способ и в каких условиях он применяется?

Какие крепи применяют при проходке штолен?

Как устанавливают рамы крепления штолен?

Как ведут проходку способом опертого свода?

Как выполняют раскрытие калотты?

Каково отличие способа опорного ядра от способа опертого свода?

В чем заключается способ раскрытия на полный профиль по частям?

Какие виды временной крепи применяют при горном способе?

В чем сущность новых методов сооружения тоннелей горным способом?

Поиск по сайту: