2527

щие нагрузки, а прилегающий к выработке слой пород принимает на себя основное горное давление. Гибкая оболочка способна деформироваться без обрушения за счет ползучести набрызг-бетона и податливости арок, особенно в первое время после образования выработки. После затухания деформаций окружающего породного массива возводят обделку из монолитного бетона или на- брызг-бетона толщиной 25 30 см (рис. 8.22). Для увеличения несущей способности пород, окружающих тоннель, применяют предварительно-напряженные анкеры.

Наглядным примером применения новоавстрийского способа является проходка Тауэрнского автодорожного тоннеля в Аль-

пах (рис. 8.23).

Тоннель сечением около 100 м2 проходили в крепких породах способом сплошного забоя. Во время проходки был встречен участок трассы длиной 350 м, заложенный в зоне сильно разрушенных неустойчивых осадочных пород. Для того чтобы использовать то же проходческое оборудование, что и в крепких породах, решено было применить новоавстрийский способ. Порядок работы был следующим. Вначале проходили калотту с

309

литного бетона возводили через 3 4 месяца, когда напряженное состояние пород стабилизировалось и прекратились деформации.

В практике тоннелестроения за рубежом (страны Европы и США) разработаны три типа конструкций тоннельных обделок и три способа разработки породы в забое в зависимости от инже- нерно-геологических условий заложения тоннелей (рис. 8.24).

Тип I. В прочных скальных породах забой тоннеля разрабатывают на полное сечение; первоначальную податливую крепь устраивают из набрызг-бетона слоем толщиной 5 см совместно с анкерами длиной 3 4 м, расположенными по контуру свода тоннеля (8.24, а).

Тип II. В менее прочных породах забой разрабатывают на полное сечение, но возможна раздельная разработка породы в калотте и штроссе, если необходимо достичь большей степени устойчивости породного массива. Первоначальная крепь состоит из слоя армированного набрызг-бетона толщиной 10 см, металлическихарокианкеровдлиной3 6мпосводуистенамтоннеля(рис.8.24,б).

Тип III. В слабоустойчивых породах забой разрабатывают отдельно в калотте и одной-двух штроссах (в зависимости от устойчивости породного массива). Первоначальная крепь включает: слой армированного набрызг-бетона толщиной 15 20 см, металлические арки и анкеры. После проходки тоннеля и установки крепи разрабатывают и бетонируют обратный свод (рис. 8.24, в).

Постоянную обделку из монолитного бетона или армированного набрызг-бетона возводят только после стабилизации горного давления и прекращения деформаций в породном массиве.

Основными достоинствами способа являются: его универсальность применения в широком диапазоне инженерногеологических условий, форм и размеров поперечного сечения и глубины заложения тоннелей, способов разработки породы, а также увеличение несущей способности обделки за счет установки усиливающих элементов – арок и анкеров. Способ более экономичен, чем традиционные способы (опертого свода, опорного ядра). Но применение способа требует систематического измерения деформаций породного массива и элементов податливой крепи и строгого соблюдения технологии тоннельных работ, иначе возможны аварийные ситуации.

312

Рис. 8.24. Типы обделок и этапы выполнения работ: а – первый тип

– I – II этапы: 1 – слой набрызг-бетона толщиной 5 см, 2 – анкеры длиной 3 6 м, 3 – постоянная обделка из бетона толщиной 25 35 см; б – второй тип – I – V этапы: 1 – набрызг-бетон ( = 10 см), 2 – арки, 3 – анкеры длиной 3 6 м, 4 – металлическая сетка, 5 – постоянная обделка; в – I – VIII этапы: 1 – набрызг-бетон ( = 15 20 см), 2 – арки, 3 – анкеры, 4 – металлическая сетка, 5 – постоянная обделка

313

8.4. ПРОХОДКА ВЫРАБОТОК ПОД ЗАЩИТОЙ ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ КРЕПИ

В слабоустойчивых полускальных и мягких породах во избежание нарушений устойчивости окружающего породного массива при проходке тоннелей применяют опережающую крепь двух видов – из бетона либо из стабилизированного грунта. Опережающую бетонную крепь (ОБК) успешно применяют на строительстве автодорожных и железнодорожных тоннелей, тоннелей метрополитена в странах Европы – Италии, Франции, Испании, Швейцарии, а также в Японии и России. ОБК выполняют путем

бетонирования методом набрызга предварительно нарезанной щели по контуру будущей выработки (рис. 8.25). Щель глубиной до 3 4 м и высотой 12 20 см нарезают тоннелепроходческой машиной с баровым исполнительным органом, оснащенным твердосплавными резцами, под небольшим углом (4 12 )к продольной оси тоннеля, чтобы обеспечить возмож-

ность возведения последующих секций ОБК. Для нарезки щелей

Рис. 8.25. Технологическая схема проходки с ОБК методом сплошного забоя: 1 – щеленарезная машина; 2 – машина для нанесения набрызг-

бетона; 3 – бетонные блоки лотка; 4 – опалубка; 5

применяют также гидравлический и плазменный способы разработки породы. После нарезки щель заполняют набрызгбетоном на быстротвердеющем глиноземистом цементе

314

(270 300 кг/м3). После набора бетоном достаточной прочности на сжатие, порядка 8 10 МПа, разрабатывают породу в забое выработки механизированными способами (проходческими комбайнами стрелового типа, подземными экскаваторами) на полное сечение или с разбивкой на уступы. Затем устанавливают металлические арки с шагом 1 2 м и на расстоянии от забоя до 25 30 м бетонируют, в зависимости от способа проходки, тоннель по всему контуру или только свод. Примером такой проходки служит строительство тоннелей во Франции.

Проходку уступным способом с опережающим креплением калотты применяли при строительстве железнодорожных двухпутных тоннелей на линии Париж – Брест (Франция) в малообводненных третичных глинах при глубине заложения до 30 м (рис. 8.26). По контуру забоя калотты с помощью самоходной установки с баровым исполнительным органом нарезали прорезь глубиной 3 м и шириной 18 см. В полученную прорезь нагнетали бетонную смесь на глиноземистом цементе (275 300 кг цемента на 1 м3). На заходку требовалось около 11 м3 смеси.

А

I

Рис. 8.26. Проходка тоннеля с опережающей крепью: I VII – этапы выполнения работ; 1 – щель по контуру свода; 2 – бетонные плиты; 3 – металлические арки; 4 – бетон обделки

Через 16 17 ч, когда бетон достигал прочности на сжатие 10 МПа, разрабатывали забой калотты заходками по 2,5 м гидравлическим экскаватором, вывозили породу в дизельных думпе-

315

рах и устанавливали металлические арки. На расстоянии не более 25 м от забоя возводили монолитную бетонную обделку толщиной 30 см с помощью двух шарнирно-складывающихся опалубок длиной по 5 м. При недостаточной устойчивости забоя применяли его крепление набрызг-бетоном толщиной 5 20 см по металлической сетке. Затем разрабатывали тремя штроссами уступ высотой 2,7 м: центральной и боковыми. В последнюю очередь бетонировали стены и, если было необходимо, лоток тоннеля.

Подобную проходку применяли также при строительстве тоннелей в Японии и Германии, где контурные щели нарезали с помощью барового механического органа или высоконапорной струи воды.

Устройство ОБК целесообразно применять при проходке тоннелей мелкого заложения траншейным способом с целью обеспечения минимума нарушений движения наземного транспорта (рис. 8.27).

В отличие от традиционной (арочной, анкерной, набрызгбетонной) крепи ОБК стабилизирует породный массив до разработки выработки и предотвращает его деформации. При проходке тоннелей с ОБК достигается полная механизация операций проходческого цикла и исключение переборов породы по контуру выработки, увеличивается несущая способность обделки, повышается безопасность работ, сводятся к минимуму осадки породного массива и земной поверхности.

Достоинством способа также является гибкость технологии и хорошая приспособляемость к изменению инженерногеологических условий. Некоторые ограничения применения ОБК связаны с сильной обводненностью несвязных пород, когда необходимо устройство дренажа или инъектирование укрепляющих тампонажных растворов в породу, а также с малыми темпами проходки (до 40 60 м/мес).

Второй вид опережающей крепи – из стабилизированного грунта стали применять в практике тоннелестроения в последние годы. Технологию строительства подземных сооружений с этим

316