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

Наибольшее распространение для строительства коллектор­ ных тоннелей получили специально созданные щитовые ком­ плексы КЩ-2,1Б, КЩ-2,6Б, КЩ-2,6БП, КЩ-3,2Б, КЩ-3,2БР, КЩ-4БП, а также комплекс оборудования со щитами ПЩМ- 2,56, ПЩМ-3,6 конструкции треста горнопроходческих работ (ГПР) и ПЩМ-3,6 конструкции НИИОСПа.

Применение механизированных комплексов оборудования позволяет достигать технической скорости проведения коллек­ торных тоннелей 3—6 м/смену.

На рис. 1.18 приведены схемы щитовых комплексов для строительства тоннелей с монолитно-прессованной обделкой.

На рис. 1.18, а показана схема щитового комплекса для строительства тоннелей в мягких и сыпучих породах. Головная часть щита 1, которая выполняется обычно с рассекающими ллощатаами. вдавливается в породу. Разрабатывают породу вручную или механизмами 2, установленными на площадке 3. Разрабатываемую породу перемещают по конвейерам 8 и гру­ зят в нВрасцепленные составы вагонеток 11. Бетонную смесь с помощью бетоноукладочных аппаратов 10 по бетоноводу 9 по­ дают за разборнопереносную опалубку 7. Бетонную смесь по­ дают в замкнутое пространство 6, где она прессуется за счет реактивных усилий щитовых домкратов 4; возникающих при передвижке щита. Давление на бетонную смесь передается че­ рез прессующее кольцо 5. На рис. 1.18,6 показана схема щито­ вого комплекса для проведения тоннелей в крепких породах. Отличительной.особенностью таких комплексов является нали­ чие в головной части щита механизированного исполнительного органа. 12, а также распорного кольца 13, в которое упираются щитовые домкраты при передвижке щита, и домкраты 14, прес­ сующие бетонную-смесь в пространство, ограниченном от поро­ ды оболочкой 15. Распорное кольцо раскрепляется в стены тон­ неля. Наличие распорного кольца в составе комплекса услож­ няет его конструкцию, однако позволяет создавать на бетонную смесь давление, не зависящее от усилий продвижения щита и условий его направленного ведения, и при второй стадии прес­ сования обжимать бетонную смесь постоянным равномерным давлением. •

Щитовые комплексы для строительства тоннелей с монолит­ но-прессованной обделкой имеют маркировку ТЩБ.

Комплексы ТЩБ-6, ТЩБ-1 предназначены для строитель­ ства тоннелей щитами наружным диаметром 2,6; 4,1 м с тех­ нической производительностью 1,6—2,4 м/смену при благопри­ ятных горно-геологических условиях.

Комплексы ТЩБ-2, ТЩБ-3 и ТЩБ-7 предназначены для строительства тоннелей метрополитенов щитами диаметром 5,7; 5,8; 5,9 м. Техническая производительность таких комплексов равна 1,8—2,4 м/смену.

В процессе передвижения щит должен преодолеть силы со­ противления внедрению головной части щита в породу Wu си­

размеров щита, конструкции его головной части и технологии разработки породы. Можно выделить три основных случая для определения усилия внедрения головной части щита в породу:

I. Проведение тоннеля осуществляется в устойчивых поро­ дах, щит продвигается в заранее выработанное пространство и усилие внедрения его головной части в породу равно нулю.

При механизированной разработке забоя для расчета уси­ лия передвижения щита вместо усилия внедрения головной час­ ти в забой принимают суммарное усилие механизма подачи ис­ полнительного органа щита на забой.

II. Проведение тоннеля осуществляется в мягких породах, в которых центральная часть забоя в основном разрабатыва­ ется до начала передвижки щита, а щит подрезает ножевой частью только породу »по контуру выработки. Усилие внедрения головной части щита в забой определяется по удельному уси­

песчаных породах, забой разрабатывается по ‘мере продвиже­ ния щита. В этом случае усилие W\ может быть определено ис­ ходя из положений теории предельного равновесия сыпучей среды или ориентировочно 300—350 кН на каждый метр но­ жевой кромки щита.

При проведении в разжиженных породах, например, под рус­ лом реки без отбора породы вдавливанием щита величина уси­

Усилие для преодоления сил трения наружной поверхности

толщи породы над щитом, м.

При проведении тоннеля на незначительной глубине вели­ чину Я принимают равной глубине от поверхности земли до оси щита. При сравнительно большой глубине залегания тон­ неля, когда над щитом образуется свод обрушения H = B/2f,

В = £ щ + 2ДЩtg (45°—ф/2),

f — коэффициент крепости породы по шкале проф. М. М. Протодьяконова; Рг— удельная, горизонтальная нагрузка на щит, Н/м2;

Pr = PBtg(45°~9/2),

£щ, Ац, G — длина (м), диаметр (м) и масса (т) щита; р — ко­ эффициент трения стали о породу, равный 0,2—0,5.

Усилие для преодоления сил трения внутренней поверхности оболочки щита по возводимой крепи в первую очередь зависит от типа крепи и технологии ее возведения. Так, в случае возве­ дения сборной крепи обычным способом

W3= GJPU

где Gi — вес колец тоннельной рбделки, находящихся внут­ ри оболочки щита, MH; pi — коэффициент трения стали по ма­ териалу обделки, равный 0,15—0,20 для чугуна, 0,4—0,5 для железобетона.

Для случаев возведения сборной крепи, разжимаемой под оболочкой щита до контакта с ней, или прессования бетонной смеси под оболочкой щита в радиальном направлении макси­ мальная величина этого усилия

где рг— удельное усилие в радиальном направлении щита сбор­ ной обделки или бетонной смеси на оболочку, Н/м2; F —ило-

щадь внутренней поверхности оболочки щита, контактирующей с возводимой крепью в начальный момент движения щита, м2.

Для' прессования бетонной смеси под оболочкой щита в про­ дольном направлении величина этого усилия будет максималь­ ной в начальный момент движения щита и определяется из рас­ смотрения равновесия элементарного объема смеси, находящей­ ся между опалубкой и оболочкой щита под давлением, созда­ ваемым прессующим кольцом. Для применения переставной секционной опалубки

I » (1,45 4-1,65)/,

I — ширина бетонируемого кольца крепи, м.

При применении скользящей опалубки, передвигаемой вме­ сте со щитом, необходимо дополнительно учитывать силы со­ противления трения наружной поверхности опалубки по фор­ мируемой бетонной смеси.

В этом случае

2 Вмь W”a= р0л/? (JR2 — г2) (1 —е *-+ ).

Усилие преодоления силы сопротивления трения по крепи передвижной платформы с механизмами, двигающимися вме­ сте со щитом,

Wt — G ^ k ,

где G— вес части проходческого комплекса, передвигающегося вместе со щитом, KH; k — коэффициент, учитывающий возмож­ ные местные сопротивления передвижению элементов проход­ ческого комплекса.

Если учесть, что для большинства случаев щ =0,5, а к = 2, то можно рекомендовать усилие W4 принимать равным массе частей проходческого комплекса, передвигающегося вместе со щитом.

В случае применения скользящей опалубки, передвигающей­ ся вместе со щитом, необходимо дополнительно учитывать сцеп­ ление ее конструкции с бетоном годовой крепи.

зытесняемой породы, за счет объемного сжатия окружающего трубу массива.

Наиболее распространено вдавливание труб при помощи домкратов, различных грунтапрокалывающих станков, лебедок и строительных машин. Длина прокола не превышает 50—60 м. Скорость прокола — 6—10 м/смену. Область применения этого способа охватывает прокладку труб диаметром от 0,05 до 0,5 м в песчаных и глинистых грунтах любой влажности. Глубина 'заложения ограничивается лишь минимальным расстоянием от поверхности до прокладываемой трубы, и ее рекомендуется при­ нимать из условия невьипучивания поверхности, равной пяти диаметрам' прокладываемой трубы.

При горизонтальном бурении в массиве горных пород созда­ ют скважину, в которую одновременно или после ее образова­ ния прокладывают трубы.

При горизонтальном бурении основной операцией является разработка горной породы в забое резанием в отличие от про­ кола, где скважины образуются вследствие уплотнения горной породы.

С помощью горизонтального бурения могут быть проложе­ ны подземные коммуникации (трубопроводы) диаметром 0,1— 1,5 м на длину до 70 м в самых различных горно-геологических условиях.

Для строительства коллекторных тоннелей небольших раз­ меров широко используется способ пр о д ав л ив а ни я, сущ­ ность которого заключается в том, что с помощью домкратных установок производят последовательное задавливание в породу готовых и сопряженных между собой элементов обделки. Коль­ ца или секции обделки имеют разнообразную форму (круглую, овальную, прямоугольную) и различную конструкцию (из от­ дельных элементов, оплошную замкнутую, металлическую, же­ лезобетонную и т. д.). Головное звено обделки оснащают но­ жевыми устройствами, под защитой которого разрабатывают горную породу. Разрушенную породу в дальнейшем транспор­ тируют по готовой части выработки на поверхность.

На рис. 2.1 показана технологическая схема работы основ­ ной и промежуточной домкратных установок.

В первый период продавливания (положение I, рис. 1.19) в рабочей кам-ере V основная домкратная ..установка 2 продавли­ вает элементы обделки 3 на расстояние h по технологии, опи­ санной выше.

При достижении 90% расчетного усилия домкратов основ­ ной установки 2 вместо элемента обделки опускают и устанав­ ливают промежуточную домкратную установку 4Увыполненную в размерах элемента обделки (положение II, рис. 2.1). С по­ мощью домиратов основной установки промежуточную установ­ ку вместе с элементами обделки, находящейся впереди нее,

Рис. 1.19. Схема продавливания с промежуточной домкра*тной установкой?

I—III — последовательность работ

продавливают на ширину элемента обделки. Отводя штоки ос­ новной продавливающей установки назад, устанавливают зве­ но элемента обделки 5 и поочередно с помощью основной 2 и промежуточной 4 домкратных.установок продавливают.элемен­ ты обделок 5 и 3 (положение III, рис. 2.1), При продавливании обделок (труб) на большие длины (150—200 м и более) при­ меняют несколько промежуточных домкратных установок.

Продавливающие установки в основном применяют при строительстве коллекторных тоннелей небольших диаметров,, а также при прокладке различных переходов под железнодорож­ ными и автомобильными магистралями в городских условиях.

В последние годы способ продавливания начал успешно применяться и при строительстве тоннелей метрополитенов и пешеходных переходов больших размеров.

2.2.ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Кработам подготовительного периода относятся возведение

иоборудование рабочей камеры, монтаж упорной стенки и на­

лении; разработку породы; погрузку и транспортирование по­ роды от забоя на поверхность земли.

Перед продавливанием трубопроводов или обделок тонне­ лей к первому звену крепят инвентарную ножевую секцию, ко­ торая служит для частичного снятия силы трения обделки о породу и обеспечения необходимого направления ггродавливае мой конструкции. Под защитой ножевой секции осуществляют разработку породы.

По форме поперечного сечения ножевая секция соответству­ ет продавливаемой конструкции. Обычно ножевая секция сое^ диняется с продавливаемой конструкцией эксцентрично таким образом, чтобы в верхней части секция выступала на 10—30 мм над внешней поверхностью обделки (трубы), а по низу — по­ верхности ножевой секции и обделки (трубы) совпадали. Та­ ким образом, в процессе продавливания по периметру обделки (трубы) образуется узкая серповидная щель.

Конструкция ножевой секции зависит от геологических ус­ ловий проведения, размеров и формы выработки.

При прода’вливании стальных труб диаметром 0,8—1,4 м са­ мым простым видом ножевой секции является развальцован­ ный на 3/4 диаметра по окружности торец продавливаемой тру­ бы. Часто на ту же длину периметра трубы йриваривается по­ лоска стали толшц-ной 10—20 мм, выступающая впереди трубы и заточенная снаружи под углом 40—60°. В слабых породах, насыщенных водой, и при продавливании жлезобетонных труб ножевая секция представляет собой металлическую конструк­ цию, передняя часть которой имеет форму конуса; такой нож, вдавливаясь в грунт, сжимает его в конусной части и образует водонепроницаемую пробку.

При продавливании тоннелей ножевая секция может соеди­ няться с продавливаемой конструкцией жестко или же с само­ стоятельным передвижением.

Жесткое соединение ножевой секции с обделкой тоннеля применяют для коротких участков продавливания (около 30 м). В этом случае для изменения направления продавливаемого тоннеля в конструкции ножевой секции предусматривают одно из следующих устройств: поворотные плиты; элероны; сочета­ ние поворотных плит и элеронов.

Для продавливания на большие длины (10Ô м и более) применяют конструкцию ножевой секции с домкратами само­ стоятельного передвижения. При этом ножевую секцию соеди­ няют с первым кольцом обделки с помощью промежуточного кольца. Для управления движением ножевой секции в задан­ ном направлении должно быть обеспечено групповое включе­ ние домкратов. Общее усилие домкратов ножевой секций при­ нимают больше сопротивления породы при внедрении в нее но­ жевой секции, а рабочий ход штоков домкратов — до 500 мм.