книги / Строительство подземных сооружений в городах

комбайны позволяют проводить выработки любой формы поперечного сечения площадью от 6 до 36 ы2. Комбайновый способ проходки позволяет использовать в качестве временной крепи на-брызгбетонную, которая, обладая хорошими технологическими и технико-экономическими показателями, обеспечивает надежную устойчивость выработанного пространства до возведения в нем опорных элементов основной конструкции крепи свода камеры.

После окончания проведения опорных тоннелей приступают к бетонированию опор свода. Бетонные работы выполняют с помощью металлической передвижной опалубки и бетононасосов, при этом бетонирование очередной заходки начинают после того, как будут установлены арматурные каркасы и закладные элементы, в том числе будущих консолей — опор, на которых монтируют рельсовый путь для механизированного агрегата или блокоукладчика.

Рис. 5.12. Схема проходки верхней части односводчатой станции метрополитена механизированным агрегатом АМК-1:

1 — породоразрабатывающий орган (фреза); 2 — ферма-блокоукладчик; 3 — передвижные установки; 4 — пульт управления агрегатом; 5 — растворонагнетатель для плоских домкратов замкового блока; 6 — передвижная платформа: 7 — электротельфер; 8 — тележка для демонтажа тюбингов опорных тоннелей;

цифры в кружках обозначают последовательность сборки блоков свода.

141

Наиболее ответственным этапом при этой технологии строительства станции является проведение калоттной прорези с возведением ее верхнего свода. На этом этапе работы начинают в торцевой плоскости по контуру будущего свода станции. Для этого с опорных тоннелей проводят навстречу друг другу две криволинейные штольни, причем площадь их поперечного сечения определяется габаритами оборудования, применяемого для разработки породы в калоттной прорези. По окончании проходки прорези в ней монтируют либо дуговой блокоукладчик (при немеханизированной разработке породы в прорези), либо приступают к монтажу проходческого агрегата АМК-1 или его последующих модификаций, например АМШ с шандорным креплением, которое позволяет вести разработку грунта и монтировать крепь свода. Агрегат АМК представляет собой криволинейную металлическую ферму, снабженную породоразрабатывающим фрезерным органом. Ферма перемещается по рельсам, уложенным на консолях в опорных тоннелях.

Технологическая схема проходки калоттной прорези, а также оборудование, используемое для возведения постоянной крепи свода, показаны на рис. 5.12.

Работы по проведению прорези с помощью агрегата АМК-1 начинают с разборки верхней части крепи опорных тоннелей со специальных тележек. Прорезь разрабатывают заходками на ширину одного блока крепи свода одновременно двумя фрезами в направлении от опорных тоннелей к шелыге свода. Блоки для возведения конструкции крепи подают по одному из опорных тоннелей. Непосредственно к месту сборки их поднимают и перемещают по рольгангу нижнего пояса фермы до оси свода, откуда с помощью подъемной площадки блок перемещают на верхний монтажный уровень и укладывают поочередно влево и вправо, начиная от пят свода к замку. Последним укладывают замковой блок, снабженный двумя плоскими гидравлическими домкратами. После монтажа замкового блока с его помощью начинают обжимать всю конструкцию крепи свода, причем обжатие выполняют в два этапа. На первом этапе осуществляют предварительное обжатие крепи для плотного замыкания арки свода и ликвидации технологических зазоров в стыках элементов крепи. Затем обжатие прекращают и приступают к нагнетанию цементно-песчаного раствора за крепь. После затвердевания раствора приступают к повторному распору элементов крепи, причем распирают вторую от забоя арку свода. В этот момент происходит окончательное обжатие сводовой конструкции крепи в породу с усилием около 3 МН.

По мере проходки свода на расстоянии 30—40 м от забоя приступают к разработке породы основного ядра камеры. При этом для начала демонтируют ненужную часть крепи опорных тоннелей и возводят крепь обратного свода. Породу в ядре разрабатывают и грузят в приемный бункер конвейера экскаватором, далее она попадает в вагонетки, стоящие в опорных тоннелях, и транспортируется к стволу. Обратный свод камеры дорабатывают, как правило, отбойными молотками, а блоки в лотковую часть выработки укладывают с помощью тельфера.

5.6. Технология проведения камер новоавстрийским способом

Новоавстрийский способ нашел применение в сильнотрещиноватых полускальных, а также в мягких и даже сыпучих породах.

Работы осуществляют в следующей последовательности. Вначале раскрывают часть сечения площадью 3 - 4 м2 в его своде, причем прежде чем приступить к разработке этой части забоя, по его контуру устанавливают арматурные стержни диаметром 18—24 мм, длиной 2— 2,5 м на расстоянии 20—35 см друг от друга под углом 80—85° к плоскости забоя. После разработки этой части забоя на глубину 1 —

142

1,2 м приступают к нанесению тонкого слоя набрызгбетона, причем слой наносят не только на боковую поверхность, но и на забой.

Затем перпендикулярно боковой поверхности вглубь массива устанавливают арматурные стержни длиной около 1,2— 1,5 м и к ним крепят металлическую сетку. Далее наносят слой набрызгбетона по сетке, а затем устанавливают элемент податливой арочной крепи из спецпрофиля. Затем приступают к работам на другом участке забоя. Следует отметить, что раскрытие забоя осуществляют не смежными участками, а чередующимися в шахматном порядке и смещенными относительно друг друга вдоль оси тоннеля на 3—5 м.

В нашей стране новоавстрийский способ строительства камерных выработок не нашел должного применения, хотя принцип разгрузки массива за счет податливости крепи реализуется уже давно при проходке горных выработок с применением так называемой крепи регулированного сопротивления. Широкое распространение этот способ может получить только при наличии высокого уровня научно-технической базы для ведения наблюдений за состоянием породных обнажений и деформаций конструкции крепи. Необходима также высокая культура производства горных работ.

5.7. Технология возведения постоянной крепи камер

Основными видами крепи в камерных выработках являются монолитная бетонная или железобетонная, а также анкерная в сочетании с металлической сеткой и набрызгбетоном. Причем анкеры могут быть обычными либо предварительно напряженными. Выбор типа и параметров крепи зависит от напряженного состояния горного массива, инженерно-геологических условий, назначения камер и ее размеров. Ввиду большого разнообразия этих факторов и их сочетаний нецелесообразно заранее разрабатывать конкретные рекомендации на все случаи крепления крупных камерных выработок. Обычно такие рекомендации, имеющие конкретный характер, вырабатывают при проектировании на основании специальных расчетов и исследований на моделях, как правило, из эквивалентных материалов.

Возведение постоянной крепи из анкеров и набрызгбетона. Как известно, анкерная крепь создает в кровле камеры самонесущий породный свод. В вертикальных стенах такой свод создать обычными анкерами не всегда удается, поэтому для крепления стен используют так называемые активные анкеры (предварительно напряженные), способные вовлекать в работу нарушенные породы и таким образом исключить опасность вывалов отдельных крупных блоков по трещинам

ипластам.

Вотличие от обычных анкеров, вступающих в работу лишь после появления в скальном массиве каких-либо деформаций, крепь из предварительно напряженных анкеров предупреждает возникновение этих деформаций и вовлекает окружающую породу в активную работу непосредственно после их установки.

Обычно длина предварительно напряженных анкеров составляет от 8 до 25 м,

несущая способность — 500— 1500 кН. Такая конструкция крепи позволяет создать вокруг всей камеры или ее части несущую обжатую породную зону, которая воспринимает нагрузки и препятствует любым подвижкам породы в пределах горного массива, примыкающего к контуру выработки.

Предварительно напряженные анкеры (ПНА) представляют собой, как правило, одноили многопрядьевые канаты и могут быть глухими или сквозными. Глухие анкеры крепят одним концом в массив, и после набора раствором проектной

143

прочности в его замковой части другой конец натягивают домкратом с последующей его фиксацией на контуре выработки.

Конструкция глухого однопрядьевого предварительно напряженного анкера, разработанного в Гидроспецпроекте, показана на рис. 5.13, а, и многопрядьевого с усиленной антикоррозийной смазкой, созданного в Гидропроекте и бывшем СоюздорНИИ, — на рис. 5.13, б.

Анкер конструкции Гидроспецпроекта рассчитан на натяжение 400 кН и состоит из двух частей: самого анкера и резьбового хвостовика, причем эти части стыкуют только при помощи ванной сварки или специальных обжимных муфт.

Собранные анкеры устанавливают в скважину диаметром 105 мм. При этом последовательность работ по их установке примерно следующая. К подготовленному анкеру крепят полиэтиленовую трубку диаметром 26 мм таким образом, чтобы один ее конец не доходил на 0,5 м до конца замковой части, а другой выступал из скважины на 1 м. Трубку крепят к анкеру хомутами из проволоки. На конец анкера устанавливают трубку с опорной плитой оголовка таким образом, чтобы конец резьбового хвостовика выступал из опорной плиты, а расстояние между опорной плитой и породой составляло не менее 15 см. Затем в замковую часть анкера подают необходимое количество раствора по полиэтиленовой трубке, после чего ее извлекают и бетонируют оголовок.

s

Рис. 5.13. Конструкции глухих предварительно напряженных анкеров: 1 — конус; 2 — обойма; 3 — опорная плита; 4 — бетонная подушка;

5 — скважина; 6 — полиэтиленовая трубка для инъекцирования в замковую часть анкера и пространство вокруг гофрированной трубы; 7 — полиэтиленовая гофрированная труба; 8 — проволочные канаты; 9 — полиэтиленовая труба для инъекцирования во внутреннее пространство гофрированной трубы; 10 — замковая часть анкера; 11 — распорки; 12 — стяжки; 13 — хвостовик; 14 — опорная шайба; 15 — фиксирующая гайка; 16 — трубка оголовка; 17 — инъекционная

полиэтиленовая трубка; 18 — стержень; 19 — распорное фиксирующее кольцо.

Примерно через 7 — 10 суток (по достижении 70%-ной прочности бетона в оголовке и цементно-песчаного раствора в замковой части) приступают к натяжению анкера. Перед натяжением скважину продувают и заполняют раствором по всей глубине. Заполнение скважины раствором осуществляют с помощью инъекционной трубки. Инъекцию выполняют до момента изливания раствора из трубки оголовка,

144

затем инъекционную трубку извлекают из скважины, выходное отверстие оголовка тампонируют глиной или густым раствором и через этот тампон производят окончательную закачку.

Натяжение анкеров осуществляют не позднее чем через 45 мин с момента начала вторичной инъекции усилием 450 кН в течение 1—2 мин.

Натяжение выполняют гидравлическим домкратом, который устанавливают на резьбовом хвостовике. Натяжение анкеров фиксируют при помощи гаек. Примерно так же устанавливают и многопрядьевой анкер.

Иногда в практике подземного строительства используют предварительно напряженные анкеры, у которых отсутствует замковая часть, но есть два оголовка, их называют сквозными. Сквозные анкеры устанавливают между параллельными выработками и натягивают их после установки. К преимуществу таких анкеров относят их вступление в работу непосредственно после установки. Некоторые конструкции сквозных предварительно напряженных анкеров показаны на рис. 5.14.

а

<Г

в

Рис. 5.14. Конструкции сквозных предварительно напряженных анкеров типа ПНА-7С-100:

а — несвободный анкер с двумя натяжными головками; б — свободный контрольный анкер; в — несвободный анкер

с одним натяжным оголовком и зажимами; I — инъекционная трубка; 2 — конус; 3 — обойма; 4 — бетон; 5 — анкерная подушка; 6 — скважина; 7 — анкерный тяж; 8 — цементный раствор; 9 — целик между выработками; 10 — кондуктор; 11 — плита распределительная;

12 —зажимы конструкции НИИЖБ (марка К-2-12-15).

145

Кроме того, ПНА могут быть свободными и несвободными. Несвободные анкеры — зацементированные, имеющие сцепление с породой по всей свой длине. Свободные анкеры могут быть регулируемые, т.е. позволяющие осуществлять дополнительное натяжение или ослабление в зависимости от нагрузки, которая передается на анкер в результате деформации массива, или же нерегулируемые. Наиболее надежными являются регулируемые ПНА.

Вбольшинстве случаев для крепления в крупных камерах используют предварительно напряженные анкеры длиной 10—20 м с шагом от 3 до 4 м по высоте камеры и от 3 до 6 м по длине камеры, усилие натяжения до 1700 кН. Предварительно напряженные анкеры сочетают с обычными железобетонными или полимерными глубиной 3—4 м, которые устанавливают между глубокими анкерами.

Втрещиноватых породах анкеры применяют совместно с набрызгбетонным покрытием. Это покрытие толщиной 8 - 15 см выполняют непосредственно по породе или металлической сетке. В сильно нарушенных породах после первого слоя покрытия из набрызгбетона толщиной 5—8 см на него навешивают сетку (ячейки по 10 см, диаметр проволоки 4-10 мм), которую прианкеровывают к породе. Затем вновь наносят набрызгбетон толщиной 5-8 см, далее к тем же анкерам приваривают вторую металлическую сетку и покрывают ее набрызгбетоном. Таким образом, общая толщина набрызгбетонного покрытия с двойным армированием составляет 15—20 см.

Покрытие из набрызгбетона омоноличивает поверхностный слой породы, повышает сцепление между отдельными блоками и защищает породу от выветривания. Несущая способность анкерной крепи из предварительно напряженных

иобычных анкеров в сочетании с набрызгбетон-ным покрытием по металлической сетке весьма высока, она обеспечивает устойчивость крупных подземных сооружений даже в относительно слабых породах.

Набрызгбетон может быть выполнен сухим или мокрым способом.

При сухом способе смесь с влажностью до 4% из цемента, заполнителя (максимальный допустимый размер фракций 16—20 мм), ускорителя схватывания и твердения (в порошкообразном виде в количестве 2 - 4% массы цемента) под действием сжатого воздуха поступает из машины для набрызгбетона в сопло, в котором смешивается с водой и с большой скоростью вылетает в виде жидкой массы на обрабатываемую поверхность, образуя на ней тонкий слой бетонного покрытия.

Впоследнее время сопло стали устанавливать на управляемый манипулятор, что позволило наносить набрызгбетонное покрытие в условиях, сопряженных с опасностью, и с большей эффективностью.

Прочность набрызгбетона при сжатии составляет 35—45 МПа. Основными преимуществами сухого способа являются наличие относительно простого оборудования, возможность регулирования процесса схватывания и твердения. К недостаткам относят высокий процент отскока, повышенное пылеобразование, зависимость качества готового набрызгбетона от квалификации сопловщика.

При мокром способе готовую смесь (цемент, заполнитель, добавки из жидкого стекла с содой) с помощью насосов или сжатого воздуха подают к соплу, и она вылетает из него на обрабатываемую поверхность. В этом случае получают более однородный по составу бетон, меньше образуется пыли. Мокрый способ менее универсален, при его использовании сложнее регулировать время схватывания раствора и возникают сложности при нанесении на обводненные поверхности.

Сцепление набрызгбетона (в возрасте 28 суток) с породой должно быть не менее 0,4 МПа для временной крепи и 0,5 МПа для постоянной.

146

Возведение постоянной крепи из мюнолитного бетона и железобетона.

Бетонные работы при строительстве камер не имеют принципиальных различий с бетонированием тоннелей и обычно выполняются с применением передвижной опалубки. При очень больших пролетах такие опалубки получаются громоздкими, дорогостоящими и трудоемкими при монтаже; они оправдывают себя только при длине камер более 300 м. В менее протяженных камерах применяют секционные переносные опалубки.

Темпы бетонных работ в сводчатой части камеры при использовании переносных опалубок с длиной секций 2—3 м невысоки, поскольку значительное время занимает их установка, выверка, фиксация, разборка и перестановка. На новое место опалубку можно устанавливать лишь после набора бетоном требуемой прочности, т. е. через несколько суток выстойки бетона.

В этой связи представляет интерес опыт АФ «Гидроспецстрой» по бетонированию сводов крупных подземных сооружений с использованием армокаркасов с сетчатой опалубкой, закрепляемых анкерами к своду выработки пролетом 16 м. Временная крепь свода выполнена железобетонными анкерами глубиной около 3 м и набрызгбетонным покрытием толщиной 5 см. Монолитный железобетонный свод имеет толщину в замке 40 см и в пятах 70 см.

Пространственные армокаркасы (рис. 5.15) представляют собой блокиполуарки шириной 2 м, они выполнены из арматуры класса А-П в виде сквозных арочных ферм с решеткой раскосного типа. К внутренней стороне каркасов предварительно была прикреплена сетчатая опалубка в виде тканевой сетки от № 3,5 до № 5. Каркасы с сеткой изготавливали в заводских условиях.

Рис. 5.15. Конструкция пространственного армо-каркаса: 1 — несущий армокаркас; 2 — железобетонный анкер; 3 — подаваты для крепления каркасов; 4 — сетчатая опалубка; 5 — опорный шарнир; 6 — монтажный анкер.

147

Монтаж армокаркасов (рис. 5.16, а) осуществляют автокранами с использованием специальной траверсы. Поднятый в проектное положение каркас крепят тяжами к выпускам монтажных анкеров. Полотнища сетчатой опалубки смежных блоков сшивают между собой вязальной проволокой. Работы на высоте ведут с площадок спецгидроподьемника.

Бетонную смесь в заопалубочное пространство подают с помощью пневмобетоноукладчиков, оборудованных бункерами для перегрузки бетона.

Рис. 5.16. Схемы монтажа армокаркасов (а) и бетонирования свода (б): 1 - монтажный анкер; 2 — автопогрузчик; 3 — автокран; 4 — железобетонные анкеры; 5 — монтажная траверса;

6 — армокаркасы, установленные в проектное положение; 7 — бетон свода; 8 — проем в опалубке; 9 — бетоновод; 10 — сетчатая опалубка блока;

11— поддерживающая конструкция бетоноводов тонной смеси из автосамосвалов

в емкость бетоноукладчика или посредством специальных бетононасосов.

Схема бетонирования свода показана на рис. 5.16, б. Смесь укладывают радиальными слоями толщиной до 0,5 м. Для пропуска бетоноводов и уплотнения бетонной смеси в сетчатой опалубке вырезают проемы, которые затем восстанавливают, используя ту же сетку.

Бетонная смесь, уложенная в блоки с сетчатой опалубкой, хорошо просматривается снаружи, что позволяет визуально контролировать качество укладки бетона. Наличие сетчатой опалубки благоприятно сказывается и на увеличении плотности бетона, так как отжимающаяся при укладке бетонной смеси несвязная вода не увлекает за собой частиц цемента и свободно проникает через отверстия в сетке. Применение сетчатой опалубки вместо металлической целесообразно в тех случаях, когда не предъявляется жестких требований к качеству поверхности крепи. Внутренняя поверхность свода может покрываться торкретбетоном.

148

По сравнению с переносной опалубкой применение такой конструкции армокаркасов с сетчатой опалубкой позволяет снизить металлоемкость и затраты труда, а также обеспечивает повышение скорости бетонирования на 25—30%.

Стены камер бетонируют обычно после разработки каждого слоя основного породного массива на высоту до 10 м. При этом применяют переносную металлическую опалубку, которую для обеспечения устойчивости в процессе монтажа и бетонирования анкеруют к стенам выработки. Для железобетонных стен используют готовые армокаркасы. В отдельных случаях армокаркасы используют в сочетании с сетчатой опалубкой.

5.8. Механизация горных пород при строительстве камерных выработок

Проведение камер большого поперечного сечения осуществляют, как правило, с использованием мощного крупногабаритного оборудования, что позволяет достигнуть высокой производительности труда при минимальном числе участвующих в проходке людей. Для бурения шпуров применяют бурильные машины вращательно­ ударного действия типа БГА-1 и БУ-1, а также ударно-вращательного действия типа ПК-60 и ПК-75. В последнее время все чаще находят применение гидравлические бурильные машины, устанавливаемые на самоходные бурильные установки, и буровые рамы. В зависимости от площади обуриваемого забоя и особенно его высоты выбирают наиболее рациональный тип оборудования.

Самоходные бурильные установки (СБУ) обладают хорошей маневренностью и позволяют полностью механизировать процесс бурения шпуров. Однако ограничение по высоте бурения (6—7 м) и сравнительно небольшое число бурильных машин на одной установке (2—3) не всегда позволяют эффективно использовать СБУ при проведении больших камер.

При высоте обуриваемого забоя более 6 м применяют буровые установки, которые представляют собой передвижные установки, оснащенные бурильными машинами и гидравлическими манипуляторами. Для бурения шпуров в высоких забоях используют буровые установки башенного телескопического типа, которые способны бурить шпуры на высоте до 12 м, а также устанавливать анкерную крепь по контуру выработки. Кроме того, на одном из манипуляторов может быть установлен мощный перфоратор, с помощью которого ведут оборку кровли и забоя. Однако буровые установки, так же как и СБУ, для обуривания высоких забоев из-за сравнительно небольших устойчивости и числа бурильных машин (устанавливают обычно не более трех-четырех) не всегда эффективны при проведении камерных выработок.

Если разработку забоя осуществляют на все сечение, то целесообразно применять буровые рамы, представляющие собой многоярусные жесткие металлические конструкции, в передней части которых установлены тяжелые бурильные машины с принудительной подачей. Рамы передвигаются на пневматическом или рельсовом ходу с помощью электровоза, погрузодоставочных машин или лебедки. Для пропуска погрузочного, транспортного и другого оборудования в забой в центральной части рам предусматривают съемные или откидные полки. В мировой практике в последнее время нашли широкое применение так называемые буровые рамы портального типа.

В исключительных случаях применяют нестандартные буровые рамы, оснащенные 8 - 1 0 тяжелыми бурильными машинами и корзинами для оборки породы

149

и заряжания шпуров. Габаритные размеры таких рам и число рабочих ярусов зависят от площади забоя, причем число бурильных машин подбирают из расчета: одна машина на 8 - 10 м2 площади забоя. Центральную часть забоя в этом случае обуривают, как правило, установками типа СБУ.

Для погрузки взорванной породы в транспортные средства в пределах призабойной части выработки используют погрузочные машины. Тип погрузочных машин обычно выбирают в зависимости от размеров выработки, необходимой производительности погрузочно-транспортной системы, вида энергии, ее привода и гранулометрического состава взорванной породы. В забоях, разрабатываемых на полную ширину выработки, применяют погрузочные машины на гусеничном или пневмоколесном ходу, а также, если позволяет высота выработки (не менее 6 м), высокопроизводительные экскаваторы. В случае сооружения камеры способом опорного ядра при проведении контурных выработок, когда площадь забоя небольшая, могут быть использованы ковшовые погрузочные машины на рельсовом ходу типа ГОШ.

Экскаваторы, обладающие наибольшей производительностью, выбирают с учетом их размеров в рабочем положении, размеров выработки и установленных по «Правилам техники безопасности минимальных зазоров» в процессе работы между экскаватором и контуром выработки. Обычно применяют либо серийно выпускаемые экскаваторы для открытых работ с вместимостью ковша 0,5 - 2 м3, либо специальные экскаваторы, изготовленные на базе серийных и имеющие укороченную стрелу и уменьшенную длину задней поворотной платформы.

Отечественные погрузочные машины непрерывного действия с нагребающими лапами типа ПНБ находят применение в тех случаях, когда использование экскаватора затруднено по габаритным ограничениям или при отсутствии экскаваторного оборудования. Они обладают хорошей маневренностью, позволяют вести погрузку при высоте отвала породы до 5 м, могут применяться в выработках опасных по газу или пыли, однако их производительность резко падает при увеличении крупности кусков взорванной породы более 400 мм.

Для погрузки породы используют также погрузочные машины ковшового типа и бульдозеры. Их применяют при зачистке забоя после работы экскаватора, при уборке небольших объемов породы на отдельных участках выработок, для подгребания породы к забою после взрыва и в некоторых других случаях.

В процессе проведения камер большого поперечного сечения приходится удалять из призабойной зоны на поверхность значительные объемы разработанной породы. При выборе транспортного средства необходимо учитывать его грузоподъемность, размеры транспортных выработок, производительность экскаватора или погрузочной машины и ряд других факторов. Не менее важным условием выбора транспортного средства, имеющего в конкретных условиях наибольшую грузоподъемность, является минимальное время, затрачиваемое на маневры в процессе установки под загрузку.

В отечественной практике подземного строительства чаще всего используют автомобильный транспорт, имеющий большую грузоподъемность, хорошую маневренность и относительно высокую скорость передвижения. При больших пролетах выработок и размерах поперечного сечения подходных горизонтальных выработок транспортирование горной массы на поверхность осуществляют с помощью автосамосвалов типа КРАЗ, МАЗ с грузоподъемностью от 10 до 27 т и максимальной скоростью движения по выработке 10-15 км/ч. Движение автотранспорта стремятся организовать двумя встречными потоками.

150