книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

ББК 33.15 T 38

УДК 622.25Д26 (075.8)

А в т о р ы : И. Д. Насонов, В. А. Федюкмн, М. Н. Шуплик, В. И. Ресин

Р е ц е н з е н т : кафедра «Строительство шахт и подземных сооружений» Донецкого политехнического института

ПРЕДИСЛОВИЕ

В практике горнодобывающей промышленности, при строи­ тельстве линий метрополитенов, железнодорожных и городских коллекторных тоннелей все в большем объеме приходится осу­ ществлять строительство подземных сооружений в сложных гидрогеологических условиях.

Степень сложности гидрогеологических условий в основном определяется водообильностыо горных пород и их устойчиво­ стью при обнажении. В ряде случаев в устойчивых скальных породах, но сильнотрещииоватых или пористых с большой во­ дообильностыо, приток воды в выработку достигает больщих

начала горно-строительных работ требуется предварительное закрытие пор и трещин для гидроизоляции места строительст­ ва выработки от окружающих ее водоносных пород.

Наиболее сложные условия возникают при строительстве подземных сооружений в рыхлых, слабоустойчивых водоносных породах типа плывунов и мягких пластичных глин, в которых невозможно осуществить обнажение массива даже на незначи­ тельной площади. В этих случаях до начала горно-строитель­ ных работ предварительные мероприятия выполняют не толь­ ко для гидроизоляции места строительства выработки от окру­ жающего водоносного массива, но и для закрепления горных пород и придания им большей устойчивости при обнажении. Таким образом, при любом специальном способе строительст­ ва подземных сооружений предполагается выполнение допол­ нительных специальных мероприятий, которые осуществляют

породы, времени действия мероприятий, а также типа обору­ дования, применяемого для выполнения работ, все специаль­ ный способы могут быть разделены на четыре группы, преду­ сматривающие:

применение временных или постоянных ограждающих кре­ пей без изменений физико-механических свойств вмещающих пород (забивная крепь, опускная крепь, стена в грунте);

временное изменение физико-механических свойств горных пород на период выполнения работ по строительству подзем­ ного сооружения (замораживание горных пород, предваритель­ ное осушение с применением водопонизительных установок или сжатого воздуха) ;

закрепление горных пород на период строительства и экс­ плуатации подземного сооружения (тампонирование горных пород различными материалами) ;

применение специального оборудования и физических про­ цессов воздействия на массив горных пород (бурение, размыв, использование энергии взрыва и т. д .).

В настоящей части курса «Технология строительства под­ земных сооружений» изложены теория, техника и технология производства специальных работ, а т’акже некоторые особен­ ности горно-строительных работ по строительству подземных сооружений, которые возникают в связи с применением того или иного специального способа.

1. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОГРАЖДАЮЩИХ КРЕПЕЙ

Строительство подземных сооружений нередко ведут на не­ большой глубине от земной поверхности в водоносных несвя­ зных грунтах или же ©близи существующих зданий или со­ оружений. В таких случаях для обеспечения безопасных усло­ вий ведения горно-строительных работ зачастую применяют способ ограждающих крепей.

Сущность способа состоит в том, что до начала горно-строи­ тельных работ по контуру будущего подземного сооружения возводят ограждающую крепь, под защитой которой в даль­

ограждение); из замкнутых монолитных или сборных оболо­ чек, выполненных из материала, обладающего достаточной прочностью, погружающихся под действием собственного веса ко мере разработки грунта внутри оболочки (опускные крепи); из монолитного или сборного железобетона в узких траншеях, отрываемых по периметру подземного сооружения на всю его глубину, как правило, до водоупора. (стена в грунте).

1.1.СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

СПОМОЩЬЮ ШПУНТОВЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

1.1.1.Сущность способа и условия применения

Сущность способа с применением шпунтового ограждения (забивной крепи) заключается в том, что перед началом выем­ ки грунта по контуру будущего подземного .сооружения на всю мощность неустойчивых грунтов плотно друг к другу по­ гружают временное шпунтовое ограждение, состоящее из от­ дельных элементов — шпунтин. Комплект шпунтин, забивае­ мых по всему периметру подземного сооружения, называют по­ садом. Шпунтовое ограждение должно быть водонепроницае­ мым, прочным и не деформироваться при погружении; должно заглубляться в водоупор не менее 1—1,5 м и выступать выше водоносного горизонта на 1—2 м. После погружения шпунто­ вого ограждения под его защитой производится выемка грун­ та и возводится постоянная крепь или конструкция подземного сооружения.

Шпунтовое ограждение целесообразно применять при сле­

от поверхности; наличие ниже неустойчивых грунтов водоупора мощностью не менее 3 м; отсутствие в геологическом разре­ зе валунов и твердых включений более 20 см в поперечнике; величина напора подземных вод над почвой пласта плывунов до 12 м.

Шпунтовые ограждения применяют при возведении под­ земный сооружений в городском и промышленном строитель­ стве (транспортных тоннелей, насосных станций, камер для подземных коммуникаций, тоннелей метрополитенов мелкого заложения и других подземных сооружений вблизи действую­ щих зданий), а также в шахтном строительстве при проходке устьев стволов в неустойчивых породах.

1.1.2. Конструкции шпунтовых ограждений

Шпунтовые ограждения выполняют из деревянных или ме­ таллических шпунтин.

Деревянные шпунтины представляют собой доски шириной 150—200 мм, толщиной 50—100 мм и длиной 2—6 м. Изготов­ ляют их из любых сортов дерева, за исключением ели, склон­ ной к раскалыванию. Для уменьшения раскалывания верхние части шпунтин обивают листовой сталью.

Плотное прилегание шпунтин друг к другу осуществляется с помощью паза и гребня. Для обеспечения плотного приле­ гания нижнего конца вновь забиваемого шпунта к ранее за­ битому нижнюю часть скашивают.

Деревянные шпунтины по соображениям экономии при­ родных ресурсов практически не применяют.

Металлические шпунтины выпускают различного сечения и ■подразделяют на плоские (рис. 1.1,а, б, в); корытные (рис. 1.1,г,д); коробчатые (рис. 1.1, е); зетаобразные (рис. 1.1,ас); трубчатые (рис. 1.1, з, и, к).

Длина шпунтины колеблется в пределах 12—22 м. В каче­ стве металлических шпунтин иногда используют обычную про­ катную сталь двутаврового, швеллерного и уголкового профи­ лей № 45, 55, 60.

Тип металлических шпунтин выбирают с учетом следующих факторов:

моментов сопротивления и инерции шпунтин. Момент со­ противления определяет прочность шпунтины, а момент инер­

'.Рис. 1.1. Типы металлических шпунтин:

r \ § \ j ë T \

и о— З)— ---С

А< 1 > ф с

Рис. 1.2. Фрагменты угловых сопряжений металлического шпунта:

Рис. 1.3. Расчетные схемы шпунтовых ограждений

плотности и герметичности замков. Замок шпунтин дол­ жен допускать возможность образования некоторого угла между отдельными шпунтинами, позволяющего придавать ограждению заданную форму.

Показателем экономичности шпунтин является отношение момента сопротивления к массе 1 м шпунтины. Как видно из табл. 1.1, наиболее экономичными являются шпунтины зетаобразные и корытные типа «Ларсен».

Разветвление шпунтовых ограждений и их повороты осу­ ществляют при помощи специальных металлических профи­ лей, которые получают путем резки стандартной шпунтины в продольном направлении на нужные секции, которые затем также.могут свариваться между собой для получения любого

поперечного сечения. Некоторые из возможных профилей, по­ лучаемые подобным образом, показаны на рис. 1.2.

Металлические шпунтовые ограждения получили большее распространение, чем деревянные, из-за ряда преимуществ: бо­ лее высокая механическая прочность, обеспечивающая лучшее сопротивление боковому давлению; возможность применения мощных технических средств для забивки шпунтин; возмож­ ность пересечения водоносных слабых грунтов большой мощ­

требует надежного закрепления шпунта в грунте и в связи с этим относительно глубокого погружения. Применение этой схемы возможно лишь в неглубоких котлованах при наличии свободного пространства, не загроможденного различными до­ полнительными внутренними распорками, и наличии достаточ­ но крепких и устойчивых грунтов на отметках ниже дна воз­ водимого котлована.

Как показал опыт, при применении консольной шпунтовой стенки без дополнительных опор необходимая величина заглуб­ ления шпунтины ниже почвы выработки изменяется от полови­ ны глубины выработки Н до (1/3-М/4) Н для более плотных грунтов.

При проектировании схемы расположения шпунтин по пе­ риметру подземного сооружения расстояние от контура со­ оружения в свету до оси расположения шпунтин

c = a + b + d ,

где а — возможное отклонение шпунтин от вертикального по­ ложения внутрь выработки, мм; b — толщина шпунтины в зам­ ке, м'м; d — толщина сте.н выработки, мм.

1.1.3.Оборудование для погружения

иизвлечения шпунтии

Для погружения шпунтин в грунтовой массив применяют копровое оборудование и различные средства забивки.

Копровое оборудование предназначено для подъема и удер­ жания шпунтины в вертикальном положении, а также для подъема и перемещения средств забивки. Вместо копров могут быть применены стреловые (автомобильные) краны или краныэкскаваторы, оснащенные специальным сменным оборудовани­ ем, а также тельферы.

Средства забивки шпунтин разнообразны по конструкции и принципу работы. Их можно подразделить на следующие ос­ новные типы:

механические молоты, приводимые в действие с помощью подъемной лебедки и каната;

паровоздушные молоты, приводимые в действие сжатым воздухом или паром, которые непосредственно воздействуют на ударную часть молота;

дизель-молоты, работа которых основана на передаче энер­

движений рабочего органа на шпунтину) ; вибромолоты, принцип работы которых основан .на совмест­

ном использовании эффекта вибрации в сочетании с периодиче­ скими ударами по шпунтине.

Наибольшее распространение получили вибропогружатели, которые разделяют на высокочастотные (частота колебаний вибратора 700— 1500 в 1 мин) для погружения шпунтин с от­ носительно малыми лобовым сопротивлением и массой и низ­ кочастотные (300—500 колебаний в 1 мин) — для погружения железобетонных свай и шпунтин, имеющих большие массы и лобовое сопротивление.

Наибольшее распространение для погружения и извлечения стальных шпунтин получили вибррпогружатели ВПП-2 с элект­ родвигателем мощностью 28—75 кВт и В-401 с электродвигате­ лем мощностью 55 кВт. Вибропогружатель В-401 предназна­ чен для погружения в песчаные водоносные грунты и извлече­ ния металлических шпунтин массой до 1,5 т.

Перспективным средством забивки шпунтин являются виб­