2527
.pdfВ данном случае они служат также для геологической разведки при проходке, вентиляции и дренажа при эксплуатации тоннеля.
При более сложном горном рельефе по трассе тоннеля строительные подходы выполняют в виде вертикальных или наклонных шахтных стволов. Шахтные стволы гораздо сложнее при сооружении по сравнению со штольнями, требуют больших затрат средств и времени. Для приема породы на горизонте тоннеля у стволов необходимо иметь околоствольные дворы для перегрузки породы, поступающей из забоев, в подъемные сосуды ствола; для доставки в тоннель проходческого оборудования сечение стволов должно быть достаточно большим; для откачки воды из тоннеля необходимо иметь водоотлив по стволу и т.п. Но в длинных тоннелях применение шахтных стволов при проходке сокращает сроки строительства за счет появления дополнительных забоев, а при эксплуатации обеспечивает нормальный режим вентиляции.
Проходку обычно начинают из предпортальной выемки, лобовой откос которой предварительно закрепляют от возможного обрушения и производят крепление так называемой врезки. Максимальная глубина предпортальной выемки составляет для слабых пород (коэффициент крепости f = 0,5 3) 10 15 м и для полускальных пород (f 3) – 15 25 м.
Вмягких и слабых породах во избежание вывалов, сползания породы и для обеспечения устойчивости откосов выемки врезку крепят деревянными рамами. Крепление врезки обеспечивается укладкой вдоль откосов горизонтальных балок, связанных
врамы наклонными балками. Каждая балка подпирается контрфорсными балками – подкосами, которые опираются в сваи, забитые на глубину до 2 м. Пространство между рамами затягивают досками (рис. 1.4). Над крепью врезки устраивают козырек для предохранения от осыпей или падения камней с лобового откоса.
Вскальных породах врезку производят с применением ан-
керной крепи. Анкеры длиной 3 5 м и диаметром 32 36 мм устанавливают параллельно оси тоннеля за пределами контура выработки в 3 5 рядов с шагом по металлической сетке 0,5 м.
198
Ф
А
А – А
А
Рис. 1.4. Крепление врезки штолен: 1 – сваи-коротыши; 2 – подкосы; 3 – горизонтальные прогоны; 4 – наклонные балки; 5 – козырек; 6 – горизонтальные бревна; 7 – лежни
Такая система крепи создает надежное ограждение врезки и первых метров тоннельной выработки от обрушающейся породы. В трещиноватых породах в качестве крепи применяют также на- брызг-бетон, который наносят по металлической сетке на лобовой откос предпортальной выемки. В слабоустойчивых породах врезку также выполняют с использованием анкеров, набрызгбетона и защитного экрана из металлических труб длиной до
15 25 м и диаметром 50 250 мм (рис.1.5).
В крепких скальных породах крепление врезки не делают, а только устраивают защитные козырьки.
Рис. 1.5. Схема устройства врезки в породах слабой устойчивости с помощью защитного экрана из труб: 1 – самоходные подмости; 2 – буровой станок; 3 – набрызгбетонное покрытие по металлической сетке; 4 – анкеры; 5 – трубы защитного экрана
199
1.4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
В тоннельном строительстве приняты три принципа организации строительства: поточность, цикличность и комплексная механизация.
Проходка тоннелей является наиболее сложным видом строительных работ. Все рабочие операции по проходке выполняют в стесненных условиях забоя, как правило, при постоянном действии горного, а во многих случаях и гидростатического давления со стороны окружающего породного массива.
Проходку ведут ограниченными по длине одинаковыми участками – заходками. Глубина заходки зависит от инженерногеологических условий заложения тоннеля, размеров его поперечного сечения, способа проходки, материала обделки. При проходке тоннеля горным способом глубина заходки обычно составляет 2 4 м, а при щитовой проходке глубину заходки принимают равной ширине кольца сборной обделки (0,5 1 м).
Тоннельные работы организуют по поточному методу с цикличным их выполнением. Процесс строительства тоннеля разделяют по видам работ (проходка, возведение обделки, нагнетание раствора за обделку, гидроизоляция и т.п.), которые выполняют, как правило, одновременно в самостоятельной рабочей зоне, расположенной по длине тоннеля. При поточном методе продвижение фронта работ каждой рабочей зоны вслед за забоем ведут с одинаковой постоянной скоростью. Все работы представляют единый строительный поток, обеспечивающий сооружение готового тоннеля с одной скоростью продвижения.
Вторым принципом организации тоннельных работ является цикличность их выполнения. Под циклом понимают завершенный процесс выполнения определенного объема работ, повторяющийся через одинаковые промежутки времени. Объем работ в цикле определяют по сумме объемов работ всех операций, в результате выполнения которых фронт работ рабочей зоны, например передового забоя, перемещается вперед со скоростью строительного потока (на глубину заходки).
200
Для сокращения продолжительности цикла совмещают во времени возможно большее число отдельных операций. Рациональная продолжительность цикла должна быть кратной смене или суткам, т.е. чтобы за сутки или смену завершалось целое число циклов. Это позволяет лучше организовать работу сменных бригад рабочих.
Графическое изображение последовательности всех операций цикла с учетом их продолжительности называют циклограммой. Ее составляют исходя из объемов работ отдельных операций цикла и нормативного времени их выполнения рабочими соответствующей профессии и квалификации. При этом поточная организация работ требует одинаковой скорости продвижения фронта работ в каждой рабочей зоне. Эту скорость устанавливают в основном по скорости продвижения передового забоя – рабочей зоны с наибольшей трудоемкостью. Циклограммы для всех остальных рабочих зон составляют исходя из этой скорости, изменяя состав бригад и производительность принимаемого оборудования.
Цикличность предъявляет повышенные требования к каждому члену бригады: он должен ясно представлять всю последовательность работ цикла, знать время, отведенное для каждой работы, иметь навыки, необходимые для ее выполнения в установленные сроки. Цикличная работа невозможна без четкого и своевременного обеспечения каждой рабочей операции соответствующим исправным инструментом, машинами и механизмами, необходимыми материалами. Она требует налаженной работы транспорта, бесперебойного снабжения водой, электроэнергией, сжатым воздухом, надежной работы вентиляции и водоотлива, правильного использования рабочей силы, оперативного и продуманного руководства всем производственным процессом.
На основе циклограмм составляют график производства работ по сооружению тоннеля, который отражает последовательность и сроки выполнения работ в целом по объекту, связь между работами и общий срок строительства.
В соответствии с этим графиком устанавливают графики потребности в строительных конструкциях, изделиях, деталях,
201
полуфабрикатах и материалах, машинах и механизмах, рабочих кадрах.
Третьим принципом организации тоннельного строительства является комплексная механизация тоннельных работ. Под ней понимают механизацию выполнения основных рабочих процессов проходки тоннеля, при которой все принимаемые механизмы и оборудование взаимно увязаны в единый механизированный комплекс, сосредоточенный в головной части сооружаемого тоннеля. Механизированные проходческие комплексы обеспечивают механизацию всех основных рабочих операций (разработка породы, погрузка ее в транспортные средства, возведение обделки, первичное нагнетание) и максимально возможное их совмещение во времени. Наиболее полно принцип комплексной механизации реализуется при проходке тоннелей механизированными щитами.
Комплексная механизация тоннельных работ является одним из условий, которые обеспечивают повышение производительности труда, увеличение скоростей проходки и, в конечном счете, снижение стоимости строительства.
Г л а в а 2
ГОРНЫЙ СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ
2.1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Всовременной практике подземного строительства наибольшее распространение получил горный способ производства тоннелепроходческих работ.
Процесс сооружения тоннеля горным способом состоит из двух операций: проходки выработки, т.е. разработки и удаления породы из пространства, предназначенного для тоннеля, и возведения обделки, т.е. установки постоянной тоннельной конструкции для обеспечения устойчивого состояния выработки при эксплуатации.
202
Взависимости от крепости и состояния горных пород проходка производится с установкой временной крепи или без нее. Временная крепь выполняется из дерева, металла, железобетона, набрызг-бетона и применяется для предотвращения деформаций контура выработки и связанного с ними развития горного давления. Временная крепь воспринимает давление зоны интенсивных смещений породы, которые проявляются сразу же после раскрытия выработки и постепенно уменьшаются при удалении от забоя. Поэтому крепь должна как можно быстрее включаться в работу, т.е. устанавливаться сразу же после раскрытия выработки и плотно примыкать к породе. Через некоторое время после проведения выработки, когда установится постоянная величина горного давления, возводят постоянную крепь – обделку, которая обеспечивает стабилизацию напряженного состояния и сохранность горного массива вокруг тоннеля.
Взависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий, формы и размеров поперечного сечения тоннеля, его длины, места расположения, назначения тоннеля и условий обеспечения строительства необходимыми горнопроходческим оборудованием и строительными материалами выбирают способ производства работ, который необходим для выполнения основных процессов сооружения тоннеля: проходки и возведения обделки.
Вустойчивых скальных породах при небольшом горном давлении разработку забоя тоннеля ведут сразу на полное сече-
ние или, расчленяя его на 2 3 крупные части, временную крепь ставят по контуру выработки (рис. 2.1). В слабых мягких и полускальных малоустойчивых породах возможно развитие значительного горного давления, и для уменьшения его воздействия выработку раскрывают по сравнительно мелким частям, которые немедленно закрепляют временной крепью с целью исключения возможности обрушения породы (см. рис. 2.1).
Внастоящее время в тоннелестроении используют мощное
ивысокопроизводительное проходческое оборудование для разработки породы в забое, погрузки и транспортирования ее за пределы тоннеля в отвал. Современные виды временной крепи – анкеры, металлические арки и набрызг-бетон, заменяющие ранее
203
Рис. 2.1. Схемы сооружения тоннеля: а – проходка на полное сечение; б – проходка по частям; 1 – 8 – этапы проходки
применявшуюся деревянную крепь, вполне надежны и позволяют проходить тоннели на полное сечение даже в сильнотрещиноватых малоустойчивых скальных и полускальных породах. В слабых и мягких породах и в зонах тектонических нарушений при развитии весьма значительного горного давления тоннели разрабатывают уступом, расчленяя сечение забоя на две части: калотту и штроссу. Лишь в очень слабых и неустойчивых породах тоннели проходят с применением сложных и трудоемких способов производства работ, раскрывая забой по более мелким частям. Эти способы обычно применяют на участках длиной не более 300 м. Разработку забоя и возведение обделки производят отдельными участками, так называемыми кольцами, длиной до 4 6 м в зависимости от геологических условий. Если тоннель необходимо пройти в неустойчивых породах на значительную длину, то в этом случае производство работ ведут щитовым способом.
При выборе способов сооружения тоннеля наиболее надежным критерием эффективности принятого способа обычно считают минимальную стоимость строительства, которая является итогом достигнутых показателей: производительности и затрат труда, темпов проходки тоннеля. При этом также учитывают степень надежности способа в данных инженерно-геологических условиях.
204
2.2. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ВЫРАБОТКИ
При сооружении тоннелей вначале проходят вспомогательные выработки для уточнения геологических и гидрогеологических данных о горном массиве, осушения и дренажа места проходки тоннеля и организации вспомогательных работ.
Вслабых породах такими вспомогательными выработками служат штольни, прокладываемые обычно в нижней части контура тоннеля (рис. 2.2). Кроме геологической разведки и дренажа штольни используют доставки строительных материалов в тоннель и вывозки из забоя породы, размещения коммуникаций – вентиляционных труб, кабелей, водопроводных и воздухопроводных труб. Вспомогательные штольни являются также базой по развертыванию проходческих работ при раскрытии тоннеля на полное сечение.
Вкрепких породах, где проходка тоннеля выполняется сразу на полный профиль, штольни проходят не в сечении тоннеля, а
рядом, на расстоянии 10 15 м (см. рис. 2.2). Они выполняют те же функции и остаются на весь период эксплуатации в качестве дренажных и вспомогательных выработок.
а) б)
Рис. 2.2. Распо- ложение вспомога-
тельных штолен: а –
вслабых породах; б –
вкрепких породах
10 – 15 м
Проходка штолен производится с опережением проходки тоннеля, в слабых породах до 100 200 м и в крепких – до
300 500 м.
Штольни имеют трапециевидную или сводчатую форму поперечного сечения в скальных породах и круговую – в мягких породах при всестороннем горном давлении. Размеры поперечно-
205
го
сечения штолен в свету принимаются минимально необходимыми (рис. 2.3).
а) |
|
|
б) |
|
|
|
с1 |
b |
с2 |
с1 |
b |
с1 b |
с2 |
УГР |
УГР |
Рис. 2.3. Размеры транспортных штолен: а – однопутная штольня; б – двухпутная штольня; b – ширина транспортного средства; с1 – безопасный зазор; с2 – проход для людей
Минимальная ширина принимается с таким расчетом, чтобы обеспечить безопасные зазоры между крепью и транспортным средством не менее 25 см, при двухпутном движении между транспортными средствами – не менее 20 см, а также проход для людей с одной стороны выработки не менее 70 см при электровозной откатке и 120 см – при автотранспорте. Минимальная высота штолен в свету 1,8 м, а транспортных – в зависимости от вида транспорта 2 2,5 м.
В скальных породах с f 4 в качестве временной крепи штолен применяют металлические и железобетонные анкеры, на- брызг-бетон самостоятельно или в сочетании с анкерами (рис. 2.4, а).
206
Анкеры длиной 1 2 м ставят по периметру свода выработки на расстоянии 0,5 1,0 м друг от друга. Набрызг-бетон наносится на поверхность свода и стен толщиной 5 10 см.
В слабых породах применяются металлические арки из спецпрофиля, железобетон, дерево (рис. 2.4, б, в, г).
Кровля и стены выработки затягивают всплошную досками или железобетонными плитами (затяжка). Рамы тщательно расклинивают по контуру. Если выработка служит в период эксплуатации тоннеля, то временную крепь заменяют постоянной. Постоянная крепь аналогична крепи в тоннеле, т.е. выполняется из монолитного бетона, железобетона, набрызг-бетона.
а)
б)
Рис. 2.4. Крепь штолен: а – анкерная крепь; б – желе-
штольни |
зобетонная |
рама; в – стальная |
|
||
|
рама; г – |
деревянная крепь: |
Ось |
1 – стойка; 2 – распорка; 3 – |
|
клинья; 4 – верхняк; 5 – попе- |
||
|
речина; 6 – доска; 7 – скоба |
|
|
|
|
2 |
d |
2 |
|
3 |
||||||
|
|
|||||
207 |
|
|
|
|
Врубка |
|
г) |
«в лапу» |
|||||
|
2 |
d1 |
|
|||
3 |
|
|||||
|
|
|
|
|||