книги / Технология строительства подземных сооружений. Строительство горизонтальных и наклонных выработок

ББК. 33.15 T 38

УДК 622.26(0.75.8)

Авторы: И. Д. Насонов, В. А. Федюкин, М. Н. Шуплик. В. И. Ресин..

Рецензент кафедра строительства подземных сооружений и шахт Тульского политехнического института

2502010000—246

130—92

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дальнейшее развитие народного хозяйства страны обуслов­ ливает необходимость значительного увеличения объема строи­ тельства капитальных горных выработок в горнодобывающей промышленности, транспортных и гидротехнических тоннелей, городских инженерных коммуникаций, а также подземных со­ оружений специального назначения. В связи с этим повышение интенсивности труда, улучшение качества и уменьшение (сни­ жение) сроков подземного строительства в первую очередь за счет совершенствования организации производства и примене­ ния (внедрения) в строительстве новой техники и технологии работ является весьма важным. Поэтому*при строительстве го­ родских подземных коммуникаций получат более широкое при­ менение механизированные щитовые комплексы, прогрессив­ ные способы производства работ, новые виды строительных ма­ териалов и конструкций..

При строительстве транспортных и гидротехнических тонне­ лей, а также капитальных горных выработок в горнодобываю­ щей промышленности дальнейшее развитие получит комбайно­ вый способ.

Намечается проведение значительной работы по широкому внедрению анкерной и набрызгбетонной крепей, отличающихся сравнительно низкой стоимостью и трудоемкостью возведения.

В части совершенствования организации производства полу­ чат дальнейшее внедрение поточные технологические схемы строительства, в которых гармонично увязаны горно-теологиче­ ские условия, эффективное использование оборудования и про­ грессивные методы организации труда.

Все указанные выше вопросы получили достаточное осве­ щение в данной монографии.

Настоящая книга является частью II учебника «Технология строительства подземных сооружений» для студентов специ­ альности 0206 и содержит сведения по технологии строитель­ ства горизонтальных и наклонных городских подземных соору­ жений, капитальных горных выработок, транспортных и гидро­ технических тоннелей, камер больших размеров в обычных гор­ но-геологических условиях.

РАЗДЕЛ I

СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ ОГРАНИЧЕННОГО СЕЧЕНИЯ В МЯГКИХ ПОРОДАХ (ГРУНТАХ)

Подземные сооружения применяют во многих отраслях на­ родного хозяйства. Кроме добывающих отраслей и городского хозяйства, подземные сооружения в последние годы стали ши­ роко использоваться в энергетике, промышленности и сельском хозяйстве.

Естественно, значительное различие, горно-геологических условий размещения подземных сооружений и многообразие их назначения обусловливают большое разнообразие форм и раз­ меров поперечных сечений. При этом форма поперечного сече­ ния подземного сооружения в основном устанавливается, исходя из характеристики вмещающих пород (грунтов), их водо­ носности, величины давления горных пород, а также исходя из материала и конструкции крепи (обделки). Размеры же по­ перечного сечения в основном определяются, исходя из назна­ чения подземного сооружения и, в частности, например, из ус­ ловия пропускной способности воды в гидротехнических тонне­ лях, пропускной способности и размещения габаритов подвиж­ ного состава в железнодорожных и автодорожных тоннелях или из условий размещения в подземном сооружении оборудова­ ния, напримёр, машинный зал для турбин и т. д.

В горнорудной промышленности поперечные сечения всех транспортных выработок определяются габаритами транспорт­ ных средств, числом рельсовых путей, зазорами между крепью и наиболее выступающими частями подвижного состава или конвейера, способом передвижения людей и количеством* про­ ходящего по выработке воздуха для проветривания. Серийно изготовляемые транспортные средства для горной промышлен­ ности типизированы, а зазоры принимают в соответствии с Правилами безопасности. В связи с этим поперечные сечения всех горных выработок для осоновных видов крепи и транс­ портных средств типизированы и сведены в альбомы. Вместе с тем остаются актуальными вопросы унификации сечений вы­ работок, которые позволили бы обеспечить наименьшее число типоразмеров при минимальном увеличении объема горнопро­ ходческих работ в связи с увеличением глубины разработки

п-олеэных ископаемых, увеличением мощности горных пред­ приятий, и следовательно, увеличением габаритов транспорт­ ных средств и количества подаваемого воздуха для проветри­ вания.

В горнорудной промышленности наиболее широко использу­ ются горные выработки арочной формы с преобладающими размерами поперечного сечения не более 25 м2. В городском хозяйстве в основном используются коллекторные тоннели кру­ говой формы и поперечным сечением 8—10 м2. В транспортном строительстве железнодорожные и автодорожные тоннели име­ ют арочную и подковообразную формы поперечного сечения размерами 25—60 м2. В гидротехническом строительстве водо­ подающие тоннели подразделяются на малого сечения — до 1*2 м2, среднего— 13—60 м2, большого —-более 60 м2. При этом безнапорные тоннели в основном выполняются арочной и под­ ковообразной форм поперечного сечения, а напорные тоннели чаще всего имеют круговое очертание.

Что касается подземных сооружений камерного типа (ма­ шинный зал, трансформаторная, камера затворов, склады, хра­ нилища, промышленные цеха, ангары, плавательные бассейны, спортивные залы и др.), то они выполняются прямоугольной формы поперечного сечения со сводом в верхней части камеры

иразмерами до 1000 м2 и более.

Всвязи с расширением области применения подземных со~

оружений за последние годы в значительной степени возросли объемы горно-строительных работ, которые ежегодно составля­ ют несколько млн. м3. Только в угольной промышленности объем горностроительных работ в околоствольных дворах еже­ годно составляет более 700 тыс. м3, а в рудной — около 300 тыс. м3. Значительно возросли объемы подземного строи­ тельства в городах. Ежегодно в городах прокладывают около 70 км коллекторных тоннелей различного .назначения.

Наряду с этим наблюдается усложнение горно-геологиче­ ских условий строительства, и как следствие этого — увеличе­ ние трудоемкости работ. Поэтому только широкое применение комплексной механизации, передовой техники и технологии горно-строительных работ позволит успешно выполнить народ­ нохозяйственные задачи, стоящие перед страной.

В зависимости от устойчивости породного массива при об­ нажении и наличия подземных вод горно-строительные работы выполняются обычным способом с использованием забойного водоотлива или с применением специальных способов, преду­ сматривающих различные .методы предварительного водоподавления.

-В настоящей части учебника рассматриваются обычные спо­ собы производства работ. При этом в зависимости от крепости горных пород ('Грунтов) и с учетом размеров поперечного се-

в массив с целью разработки породы осуществляется с помощью щитовых гидравлических домкратов.

Щиты диаметром до 2 м не имеют перегородок. При увели­ чении диаметра до 3 м щиты снабжаются одной горизонталь­ ной перегородкой. В щитах больших размеров устанавливают несколько горизонтальных и вертикальных перегородок для увеличения жесткости и прочности щита. Горизонтальные и вертикальные перегородки делят сечение щита на независимые рабочие ячейки, обеспечивающие удобство и безопасность ве­ дения горностроительных работ по всему забою. В необходи­ мых случаях крепление забоя выработки осуществляется с по­ мощью забойных домкратов 7. На перегородках монтируют также выдвижные платформы 6 с гидродомкратами 8, с кото­ рых ведут разработку породы в ячейках щита.

Передвижка щита осуществляется следующим образом (см. рис. 1.2). После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину заходки Н включают щитовые гидравлические дом­ краты 5, штоки которых упираются в неподвижное кольцо кре­ пи (обделки) 4, в результате чего щит передвигается вперед в •свободное пространство. При движении щита порода частично по контуру выработки срезается его ножевой частью. После перемещения щита на новую заходку штоки гидродомкратов убирают в исходное положение и под защитой оболочки хво­ стовой части возводят постоянную крепь (обделку) из сборных

Основными геометрическими параметрами проходческих щи­ тов являются: наружный диаметр оболочки щита Ощ, его дли­

0,8, для щитов большего диаметра — 0,75—0,4. При ббльших 'значениях коэффициента маневренности управление щитом ста­ новится затруднительным, особенно при проведении выработки с малыми радиусами закругления.

Наружный диаметр оболочки зависит от внешнего диамет­ ра тоннельной обделки 4 , сооружаемой внутри хвостовой час­ ти щита, строительного зазора е, необходимого для обеспече­ ния удобства сборки обделки и обеспечения небольших откло­ нений оси щита от оси тоннельной обделки при проходке кри­ волинейных участков трассы, и толщины оболочки fi щита. Среднюю величину строительного зазора в отечественной и за­ рубежной практике принимают приблизительно равной 0,8% наружного диаметра обделки. Таким образом,

D ^ d à + e + 2 8 = l,008da+ 26.

Оболочку щита изготовляют из стального листа, толщина которого определяется расчетом из условия прочности на рав­ номерное давление породы. Кроме того, оболочка щита долж­ на также противостоять истиранию, от механического трения о породу. Все эти обстоятельства учитывают при проектировании проходческого щита и расчете элементов его конструкций. Тол­ щина оболочки колеблется от 6 м-м в щитах малого диаметра до 60 мм в щитах большого диаметра.

Полная длина щита поверху

=+ L on, к“Ь А)б>

где LH— ширина ножевого кольца, зависящая от степени устой­ чивости пород, в которых осуществляется проведение. В устой­ чивых пародах эта величина должна быть достаточной для удобной и безопасной работы проходчиков, в щитах средних размеров она измеряется от 1 до 1,2 м, при проходке по сыпу­ чим породам длина ножевой части корректируется величиной угла обрушения пород в пределах ножа три незакрепленном забое; Lon. к — ширина опорного кольца, принимаемая обычно равной удвоенной величине рабочего хода щитового домкрата. Ход щитового домкрата принимают равным ширине кольца об­

принимаемая с небольшим запасом равной ширине одного коль­ ца обделки при проходке в устойчивых породах или двух колец при проходке в неустойчивых породах, т. е. l\ = (1,2-^2,2)6; k — ширина свободного промежутка между опорой домкрата и плоскостью кольцевого борта обделки, равная 0,15—0,2 м; /з — длина конструктивных элементов гидродомкрата, изменяется от 0,4 до 0,7 м.

Щиты могут применяться в большом диапазоне геологиче­ ских и гидрогеологических условий, что делает способ строи­ тельства выработок с помощью щитов практически универсаль­ ным. Наиболее часто щиты применяют при строительстве гори­ зонтальных выработок в слабоустойчивых породах.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ЩИТОВ

По размерам проходческие щиты подразделяют на щиты

лей различного назначения в .городах и на промышленных, предприятиях, а также гидротехнических тоннелей. Кроме того,

диаметра (до 11,2 м) применяют в основном для строительства транспортных тоннелей, в том числе перегонных и станцион­ ных тоннелей метрополитена, железнодорожных и автомобиль­ ных тоннелей, а также тоннелей спёциального назначения.

В конструктивном отношении проходческие щиты подразде­ ляют на немеханизированньЁе и механизированные.

Немеханизированными считаются щиты, в которых отсутст­ вуют какие-либо специальные органы воздействия на забой с целью разрушения массива. Разработка породы в этих щитах (в зависимости от структуры и крепости пересекаемых забоем пород) производится ручными инструментами, отбойными -мо­ лотками, буровзрывным^способом или путем вдавливания в по­ родный массив элементов ножевого кольца щита. Все другие проходческие операции в немеханизированных щитах в зави­ симости от их конструктивного устройства имеют различный уровень механизации.

Механизированными считаются, щиты, в которых разруше­ ние породы в забое осуществляется рабочими органами раз­ личного типа. Обязательной для всех механизированных щитов является также полная механизация и других основных про­ цессов проходческого цикла.

Рациональной границей экономического применения механи­ зированных проходческих щитов в.одинаковых горно-геологиче­ ских условиях следует считать горизонтальные выработки .про­ тяженностью для механизированных от 400 м и более, для не­ механизированных—до 400 м.

Немеханизированные щиты изготовляют с открытой или за­ крытой головной частью, т. е. забой выработки остается откры­ тым или же закрепляется с помощью специальных приспособ­ лений и устройств.

Щиты с открытой головной частью .применяют в самых раз­ нообразных горно-геологических условиях, встречающихся при строительстве тоннелей, в том числе в породах обводненных и слабоустойчивых. В последнем случае головная часть -щита оснащается жёсткими площадками, разделяющими забой на ярусы, в которых за счет образования мелких осыпей предот­ вращается самопроизвольное высыпание породы во внутреннюю часть щита.

На рис. 1.3 приведены принципиальные схемы немеханизированных щитов с открытой головной частью. На рис. 1.3, а. показана схема щита малого диаметра без рабочей площадки с плоскостью ножевой кромки под углом к горизонтали, рав­ ным примерно углу естественного откоса слабоустойчивых по­ род. Погрузка породы в таких щитах, как правило, осуществля­ ется вручную. На рис. 1.3,6 показана схема аналогичного щита с большой степенью сужения головной части. Такие щиты при­ меняют для строительства тоннелей во влажных глинистых no­

lo