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

Рис. 3.7. Схема производства работ при раскрытии сечения на полный профиль

забоев на полную высоту камеры, сложность удаления времен­ ной крепи при возведении постоянной бетонной обделки.

В последнее время при раскрытии сечения на полный про-

филь известное применение получил метод предварительного опережающего крепления тоннеля по контуру обсадными тру­ бами (рис. 3.8), под защитой которых в дальнейшем осуще­ ствляется выемка породы. С этой целью из тоннеля по контуру пробуривают скважины диаметром 150—200 мм на проектную длину, но не более 30—50 м, которые оборудуют обсадными металлическими трубами. Для придания большей жесткости трубы заполняют песчаноцементным раствором, иногда в по­ лость трубы вводится арматурный каркас. Для уменьшения от­ клонений скважин от заданного направления бурение произво­ дят через жесткий металлический шаблон. В трещиноватых породах возможно использование перфорированных труб для омоноличивания породного маседва вокруг скважины нагнета­ нием тампонажного раствора.

В дальнейшем под защитой металлического каркаса произ­

Г л а в а 7

СТРОИТЕЛЬСТВО ТОННЕЛЕЙ В ПРОЧНЫХ ПОРОДАХ С ПОМОЩЬЮ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ

7.1. СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

При буровзрывном способе проведения тоннелей в зависи­ мости от размеров поперечного сечения, а также инженерно­ геологических условий применяют следующие схемы: сплош­ ным, ступенчатым, уступным забоем и с передовой штольней.

Проведение тоннеля сплошным забоем (рис. 3.9) характери­ зуется выемкой пброды по всей площади забоя на величину

заходки hy а затем на достаточно большом расстоянии от за­ боя возводят постоянную крепь 5.

Бурение шпуров 1 производят с буровой рамы 2 . Взорван­ ная порода убирается в вагонетки большой емкости 4 погрузоч­ ной машиной 3 .

Эту схему применяют при проведении тоннелей в устойчи­ вых породах с /> 4 , имеющих высоту до 10 м и ширину до 20 м. Ограничение по высоте и ширине связано с возможностью использования бурового и вспомогательного оборудования и с опасностью раскрытия в один прием незакрепленного пролета значительной высоты.

В зависимости от размеров выработки рекомендуется сле­ дующий набор проходческого оборудования (табл. 3.2).

К достоинствам схемы проведения тоннелей сплошным за­ боем относится то, что для бурения шпуров, погрузки и транс­ портирования породы применяют высокопроизводительное обо­ рудование, что позволяет повысить производительность труда и скорости проведения, а также сокращается относительное вре­

кровли и стен тоннеля, вентиляции, а также заряжания шпуров

ивзрывания.

Втрещиноватых скальных породах можно применять схему,

проходки тоннейей сплошным забоем с предварительной опе­ режающей крепью из металлических труб, которые располага­ ют в своде параллельно оси тоннеля. Заслуживает внимания применение опережающей бетонной крепи, которая успешно применялась при строительстве транспортных тоннелей во Франции, Германии и Японии. В этом случае по периметру вы­ работки механическим или плазменным способом прорезается щель под углом 5—6° к оси тоннеля глубиной до 3 м и шири­ ной до 20 см, которая затем заполняется быстросхватывающим бетоном. В дальнейшем через* 5—8 ч под защитой бетонной крепи производится разработка породы.

Способ ступенчатого забоя заключается в том, что забой по высоте разделяется на две части I иП площадкой в 3—5 м (рис. ЗЛО). Нижний уступ II имеет две обнаженные плоскости, что облегчает работу зарядов ВВ. Поэтому глубину шпуров в нижнем уступе принимают в 2 раза больше, чем в верхнем. Способ применяют при строительстве тоннелей небольшой про­ тяженности, когда применение буровой рамы становится не­ экономичным. Кроме того, при этом способе невозможно ис­ пользовать мощное проходческое оборудование, имеет место большая доля ручного труда.

При проведении тоннеля с нижним уступом (рис. 3.11) сна­ чала проводят верхнюю часть тоннеля I с возведением постоян­ ной крепи, а затем производят выемку породы в нижней час­

и высотой менее 10 м в породах с /= 2 -г-4. Соотношение между площадями сечений верхнего и нижнего уступов принимается 0,75-1.

Разработку породы в верхней части тоннеля производят сплошным забоем. Разработку породы в нижней части произ­ водят в один или два уступа. В породах с />'12 высота усту­ па не должна превышать 10 м, а в породах с f = 4-М2 высоту уступа принимают не более 5 м. Ограничение по высоте усту­ па обусловлено устойчивостью стен. При применении анкерной крепи в кровле и стенах тоннеля высота уступа может быть увеличена. Угол наклона уступа к горизонту не должен превы­ шать 80°.

Бетонную крепь свода тоннеля длиной более 300 м возводят с некоторым отставанием от забоя, а в тоннелях длиной менее 300 м после проведения верхней части — на всю длину тонне­ ля. Возведение крепи стен и лотка производят после разработ­

уступом относятся следующие:

1 2

Рис. 3.11. Схема проходки тоннеля способом нижнего уступа:

а — с горизонтальным расположением шпуров; б — с наклонным располо­ жением шпуров; 1 — погрузочная машина; 2 — вагонетка; 3 — анкер; 4 — передвижной полок; 5 — экскаватор; 6 — автосамосвал

разработка породы в нижнем уступе производится под при­ крытием постоянной крепи свода, что повышает безопасность работ;

упрощаются работы по возведению временной и постоянной крепи в верхней части тоннеля. Уменьшается масса .опалубки; для бурения шпуров применяют серийно выпускаемое высокопроизводитёльное оборудование с небольшими размерами; наличие второй плоскости обнажения облегчает буровзрыв­

ные работы в нижнем уступе; при разработке породы в нижнем уступе совмещаются ра-'

•боты по бурению шпуров и погрузке породы.

Основной недостаток проведения тоннеля с нижним усту­ пом— увеличение общего времени строительства тоннеля в це­ лом.

Общее время строительства тоннеля с нижним уступом:

_ £ (Ü1~Ь ü2) 14

1 -------------------------Г*ПЗ»

UjUo

где L — длина тоннеля, м; V\ и v2— скорость проведения соот­ ветственно верхней части тоннеля и нижнего уступа, м/мес; /пз — общее время подготовительно-заключительных работ,

^U3 = ^B+^!+?n>

где tny tn— время подготовительно-заключительных работ при проведении соответственно верхней части тоннеля и нижнего

нюю. Эта схема может применяться только в крепких породах, не требующих применения временной крепи. Особых преиму­ ществ эта схема по сравнению с нижним уступом не имеет.

П р о в е д е н и е т о н н е л я с п е р е д о в о й ш т о л ь н е й (рис. 3.12) заключается в том, что сначала на всю длину выра­ ботки или длину его участка проводят направляющую (передо­ вую) штольню 1 площадью поперечного сечения 6—8 м2, после чего она расширяется до проектных разхмеров тоннеля.

Направляющая штольня располагается в центральной или нижней частях тоннеля. Проведение направляющей штольни позволяет сделать детальную инженерную и геологическую раз­ ведку по трассе, облегчает вентиляцию и водоотлив. Из направ­ ляющей штольни бурят шпуры 2, совмещая эти работы с по­ грузкой породы и возведением временной крепи. Шпуры распо-

Рис. 3.12. Проведение тоннеля с передовой штольней

лагаются веером с расстоянием между устьями шпуров 0,4— 0,45 м, а между рядами 0,6—2,0 м.

На расстоянии 20—30 м от тоннеля проводят боковую выра­ ботку 3, которая через 300—400 м соединяется сбойкой 4 с тон­ нелем. По этой боковой выработке осуществляется вентиляция, транспортируется порода из забоя штольни и доставляется в. штольню материал и оборудование.

Существенным недостатком этой схемы является увеличение объема проходческих работ, связанных с 'проведением штоль­ ни, усложняется, организация работ и увеличивается общее время строительства тоннеля.

Схема с направляющей штольней может применяться в ис­ ключительных случаях, когда необходимо провести детальную разведку вмещающих пород.

Из рассмотренных схем наиболее эффективным является проведение тоннелей сплошным забоем. Экономически эта схе­ ма оправдывает себя в тоннелях с помощью поперечного сече­ ния до 160 м2. В тоннелях большего сечения следует применять схему проведения с нижним уступом.

7.2. ПАРАМЕТРЫ БУРОВЗРЫВНОГО КОМПЛЕКСА

Основные требования к буровзрывным работам при прове­ дении тоннелей остаются теми же, что и при проведении горных выработок в однородных крепких и средней крепости породах. Остаются неизменными и основные принципы выбора и опре­ деления параметров буровзрывного комплекса (см. раздел II). Специфическая особенность буровзрывных работ при проведе­ нии тоннелей обусловливается увеличением поперечного сечения по сравнению с горными выработками. Это приводит к увели­ чению числа шпуров, их длины и расположения, к изменению расхода ВВ, очередности взрывания зарядов, применению ино­ го бурового оборудования и организации буровых работ и т.д.

В связи с этим рассмотрим только отличительные особенности •буровзрывных работ, имеющие место при проведении тоннелей.

Р а с х о д В В. В настоящее время имеется несколько мето­ дов для определения расхода ВВ. По рекомендации Оргэнергостроя масса заряда qB во врубовых и q0 в отбойных шпурах определяется из выражения

qB= q0 = KM m{32/dn)\

где К — коэффициент заряжания (коэффициент^ заполнения шпуров ВВ), равный для врубовых шпуров 0,9, для отбойных — 0,5—0,7. Меньшее значение К принимается для пород средней

Общий расход ВВ

Q = NBqB-\-N0q0-j- DKql{)

где <7в> <7о, qк — масса заряда соответственно, во врубовых, от­ бойных и контурных шпурах; NB, N0t NK— число шпуров, соот­ ветственно, врубовых, отбойных и контурных.

Расход ВВ qc (кг/м3) взорванной породы

qc= QlV,

.■N= NB-{-N0-\-NK.

Число врубовых шпуров Л/в определяется конструкцией вруба. Число отбойных шпуров

М0 = SJSui,

■So — площадь забоя, приходящаяся на все отбойные шпуры, м2; S m— площадь забоя на один отбойных шпур; Sui=aia2, где au а2— расстояние соответственно до соседнего ряда шпуров и между ними; ai=KiW; a2 =K2 W. Для первого после вруба ряда

<15 м2; 15—50 и > 5 0 м2 соответственно равны 0,5—0,7; 0,9— 1,1 и 1—1,2.

NK= P/aK,

где Р — периметр выработки, м; ак — расстояние между контур­ ными шпурами, м; ак=0,8 W.

Глубина шпуров является основным параметром, определя­

жений, как и при проведении горных выработок, исходя из за­ данной скорости проведения тоннеля или минимальной трудоем­ кости работ на проведение 1 м тоннеля.

В производственной практике транспортного тоннелестрое­ ния глубину шпуров принимают 3,5—4,5 м, а в гидротехниче­ ских тоннелях большой площади поперечного сечения — 5—6 м. Глубина шпуров должна быть кратна велиичне штока автопо­ датчика буровой установки.

При проведении тоннеля с-нижним уступом параметры буро­ взрывного комплекса в верхней части тоннеля рассчитываются так же, как при проведении тоннеля сплошным' забоем.

Разработка нижнего уступа в зависимости от его размеров может производиться: шпуровыми зарядами с бурением гори­ зонтальных шпуров в лоб забоя; вертикальными или наклонны­

ит. п.

Всвязи с дополнительной обнаженной поверхностью шпуры располагаются по сетке от 1x1 м до 1,3X1,3 м. На контуре вы­ работки шпуры располагаются на расстоянии (0,3—0,5) от контура.

По рекомендации Оргэнергостроя величину линии наимень­ шего сопротивления следует’определять по формуле

W = 53Kd3VW ï,

где К — коэффициент, учитывающий геологические условия про­ ведения тоннеля, равный 1—1,2; rf3 — диаметр заряда, м; е — ко­ эффициент работоспособности ВВ; А — плотность заряжания; 7 — плотность породы.

Масса заряда q для первого ряда шпуров определяется так: же, как для отбойных шпуров, при этом принимается значение

0,54-0,7.

Масса заряда каждого следующего ряда увеличивается по сравнению с предыдущим на 10%.

Первые ряды шпуров заряжаются ВВ средней работоспособ­ ности; в шпуры нижнего ряда заряжаются ВВ большой работоспособности. Вертикальные или наклонные шпуры бурят

в уступах любой высоты в устойчивых крепких породах.

Расположение шпуров может быть с клиновым и трапецие­ видным врубом или безврубовое (рис. 3.13). Клиновой и трапе­ циевидный врубы применяют в крепких и весьма крепких поро­ дах, с различной степенью трещиноватости. Безврубовое взрыва­ ние применяют в однородных породах средней крепости. Шпуры с углом наклона а=60-г*70° обеспечивают более равномерное дробление и лучшую проработку почвы.

Длина скважины

/c = /i7/sina + /n>

где а — угол наклона скважины; Лу — высота уступа; In— вели­ чина перебура,

пs=z Kd3,

dz— диаметр заряда, м; К — коэффициент пропорциональности,, равный для крепких пород 12—15, для пород средней крепо­

сти— 9—10.

Отклонение скважин от заданного направления не должнопревышать 5 см на 1 м скважины.

В сухих забоях используются порошкообразные аммониты, пластичные водонаполненные и гранулированные ВВ с механи-

.зированной зарядкой шпуров, в обводненных забоях — водоустойчивые патронированные ВВ.

Взрывание зарядов производится электродетонаторами или

.детонирующими шнурами. Время замедления между рядами шпуров (скважины) принимается не менее 25 мс.

Максимальное подвигание забоя за взрыв не должно пре­ вышать 5—6 рядов скважин при взрывании,электродетонаторов короткозамедлейного действия и 7—8 рядов при применении

.пиротехнического реле типа КЗДШ.

7.3. БУРЕНИЕ ШПУРОВ

При проведёнии тоннелей сплошным забоем бурение шпуров производится с применением буровых рам и кареток, оснащен­ ных большим числом бурильных машин.

Буровые рамы представляют собой жесткую пространствен­ ную конструкцию, обеспечивающую удобное обуривание забоя по всей его площади, заряжание шпуров, оборку породных стен и кровли и возведение временной крепи. Конструкция буровой рамы должна позволять проезд транспортных средств к забою.

На раме устраивают рабочие площадки для обслуживания бурового оборудования. На площадках располагаются буровые гштанги, баки с водой, смазочные материалы, распределитель сжатого воздуха, подсобный инструмент. Между ярусами уста­ новлены лестницы. Число ярусов рамы зависит от высоты тон­ неля. Буровые рамы монтируются на колесно-рельсовом ходу, на пневмоколесном ходу и на автомашинах.

Техническая характеристика буровых рам на колесно-рель­ совом ходу приведена в табл. 3.4.

В качестве примера на рис. 3.14 приведена буровая рама БР-4, смонтированная на рельсовом пути широкой колеи. Для пропуска транспортных и погрузочных машин в средней части рама имеет съемные стойки или откидные платформы. Для об-

.легчения транспортирования рамы по выработке в конструкции предусмотрены боковые откидные платформы. При бурении