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

Для тоннелей круглого очертания хвостовая оболочка но­ жевой секции охватывает промежуточное кольцо по периметру с зазором, обеспечивающим нормальное управление движением секции, а в тоннелях прямоугольного очертания оболочка вы­ полняется разрезной в углах. Длина оболочки превышает ве­ личину рабочего хода домкратов на 150—200 мм.

В зависимости от состояния породы и способа ее разра­ ботки ножевые секции выполняют открытыми, с решетками (трубопроводы диаметром до 1400 мм), с горизонтальными площадками в сочетании с забойными домкратами, временной крепью, выдвижными шандорами и козырьками или без них.

После соединения ножевой секции с обделкой тоннеля их устанавливают на направляющий лоток, выравнивают и при­ ступают к операциям по продавливанию трубы (звена обдел­ ки). Процесс продавливания осуществляется с помощью домкратной установки, представляющей собой металлическую ра­ му, на которой жестко закреплены домкраты. Число домкратов, зависит от поперечных размеров, длины продавливаемой кон­ струкции, типа домкрата'и должно обеспечить успех продав­ ливания с учетом резерва усилия для компенсации неучтенных сопротивлений. Для продавливания труб диаметром до 1420 мм устанавливают от 1 до 4 домкратов. Для продавливания кон­ струкций большого поперечного сечения число домкратов до­ стигает нескольких десятков.

В отечественной практике для продавливания используют домкраты двойного действия типа ГД-170/1150, ГД-170/1000, ГД-500/600 и стандартные щитовые гидравлические домкраты Д-60 с рабочим ходом штока от 600 до 1200 мм.,

В зарубежной практике (особенно ФРГ) широкое распро­ странение получили телескопические гидродомкраты с рабочим ходом штока до 3,2 м.

Домкратная установка укомплектовывается насосами высо­ кого давления ЗШ-НВД, Г-17, ГБ-351, Н-401, Н-403 и др.

Для увеличения длины продавливания применяют следую­ щие мероприятия: снижают сопротивление от трения породы по наружной поверхности обделки тоннеля; снижают лобовое со­ противление продавливанию.

Снижение сопротивления от трения породы по наружной поверхности обделки достигается за счет: некоторого увеличе­ ния размеров ножевой секции (на 20—30 мм) по отношению к обделке; применения промежуточных продавливающих домкратных установок, которые дают возможность достичь длины про­ давливания 200—400 м и более; применения антифрикционных смазок и покрытий и нагнетания тиксотропного раствора (преи­ мущественно на основе бетонитовых глин) в строительный за­ зор за обделку, что зарекомендовало себя как наиболее эффек­ тивное средство. Тиксотропный раствор может вводиться или

непосредственно из забоя продавливаемого сооружения, или с поверхности по пробуренным скважинам. В среднем расходу­ ется до 15 л раствора на 1 м2 поверхности продавливаемой кон­ струкции.

Основным средством устранения лобового сопротивления продавливанию является использования ножевой секции, осналценной гидродомкратами для автономного ее передвижения или проходческого щита обычного или механизированного.

При автономном щите снижаются огромные изгибающие усилия на всю колонну продавливания, что осообенно благо­ приятно сказывается при проведении на кривых.

Для повышения точности продавливания применяют: ноже­ вые секции е.домкратами или проходческие щиты как наиболее эффективные средства управления; корректирующие устройст­ ва в виде элеронов или отклоняющихся открылков; лазерные геодезические приборы; предварительное проведение пилот-тон­ неля или штольни.

Продавливание подземных конструкций на криволинейных участках осуществляется за счет: устройства направляющих -лотков в предварительно пройденных штольнях на криволиней­ ных участках; использования передвижных промежуточных домкратных установок для поочередного продвигания обделки небольшими по длине участками; использования в головной части проходческого щита; использования клиновидных про­ кладок, помещаемых между кольцами обделки.

Достижения гидроизоляции между смежными элементами обделки достигается за счет применения специальных прокла­ док, которые одновременно служат и для передачи давления от •одного элемента к другому.

В качестве материалов, из которых изготовляют прокладки, применяют асбест, резину, материалы на основе битума и ка­ менноугольных смол. При продавливании стальных труб они соединяются между собой с помощью электросварки.

Параллельно с продавливанием осуществляют разработку породы и ее транспортирование в .конец продавливаемой кон­ струкции.

Разработка породы в трубах диаметром до 1140 мм произ­ водится вручную, гидравлическим способом и вдавливанием одновременно с трубой патрона, который после наполнения транспортируется в конец трубы и краном поднимается на по­ верхность для разгрузки.

В трубах большого диаметра и тоннелях разработка и уда­ ление породы производятся вручную с помощью механизиро­ ванного инструмента малогабаритными породопогрузочными машинами на колесном ходу типа ПМЛ-4, ПМЛ-5. В тоннелях с ножевой секцией, выполненной в виде самостоятельного щи­ та, порода разрабатывается, как в щитах, в зависимости от ти­

па рабочего органа. При наличии в ножевой части горизонталь­ ных площадок порода в лоток тоннеля попадает через люки в горизонтальных площадках с регулируемой шириной щели или непосредственно через заднюю кромку площадки.

Породу в таких случаях грузят породопогрузочными маши­ нами типа ППН-2 или ППМ-4. При продавливании трубопро­ водов диаметром до 1400 мм в слабых и неустойчивых породах по условиям безопасности необходимо продавливать трубу на один или два хода гидродомкратов без остановок и вести раз­ работку породы только после того, как закончится образование породной пробки в трубопроводе, т. е. когда порода войдет в трубу на. 1—2 м. Кроме того,* при продавливании в слабых и неустойчивых породах за ножевой секцией устанавливают спе­ циальную диафрагму, регулирующую поступление сыпучей или водонасыщенной породы в продавливаемый трубопровод.

Транспортирование разрушенной породы от забоя до рабо­ чей камеры зависит в основном от размеров продавливаемой конструкции. Так, при продавливании трубопроводов диамет­ ром до 1700 мм разрушенная порода может транспортировать­ ся ленточными и скребковыми конвейерами, а также узкоко­ лейным рельсовым транспортом.

При продавливании тоннелей большего диаметра в основ­ ном используют рельсовый транспорт. При этом вагонетки с породой по тоннелю целесообразно транспортировать с по­ мощью канатной откатки. При значительных плечах откатки (> 50 м) может применяться откатка аккумуляторными элек­ тровозами или дизелевозами, оборудованными газоочистителя­ ми отработанных газов.

Подъем грунта из рабочей камеры производится в вагонет­ ках или'бадьях краном типа СПК-1000, автокраном, скиповыми

иклетевыми подъемниками.

Впоследние годы для строительства подземных сооружений способом продавливания в нашей стране и за рубежом разра­ ботан ряд продавливающих установок и агрегатов.

Для продавливания труб диаметром 1220 и 1420 мм

-ЦНИИподземмашем создана установка ПУ-2, которая может применяться в песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтах I—III групп, а также обводненных с применением водолонижения.

В Главтоннельметрострое изготовлен агрегат КМ-35, пред­ назначенный для строительства способом продавливания пере­ гонных’ тоннелей метрополитена мелкого заложения на корот­

ные перегородки 5, три вертикальные и. три вспомогательные горизонтальные перегородки 1 из листовой стали. Для сбрасы­ вания породы вниз в горизонтальных перегородках устроены, окна.

Домкратная установка, в которой размещены щитовые гид­ равлические домкраты 6, имеет наружный диаметр 6250 мм. В средней ее части имеется одна ступенчатая перегородка с выдвижными площадками для ведения монтажа обделки. Што­ ки домкратов упираются в 'распределительное кольцо 11, при­ соединенное к четырем домкратам. Домкратная установка кре­ пится к опорной конструкции 7 длиной по оси 4 м и шириной,, необходимой для размещения домкратной установки, имеет проем кругового очертания, с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру обделки. В верхней части опорной кон­ струкции предусмотрен прямоугольный люк для пропуска шахт­ ных вагонеток 8 объемом по. 1,5 м3, в которых предусматрива­ ется транспортирование породы из забоя по рельсовому пути 13. Подъем вагонеток предусматривается с помощью стрело­ вого крана 5 на гусеничном ходу грузоподъемного кольца чугун­ ной тюбинговой обделки 12 на направляющем лотке 10.

Кольцо собирают укрупненными блоками, составленными из нескольких тюбингов. Элементы кольца обделки и смежные

Рис. 1.21. Комплекс фирмы «Вестфалия Л юней» для продавливания тон­ нелей

кольца соединяют болтами с выдвижных площадок домкратной установки.

Способ продавливания широко применяют в зарубежной практике (ФРГ, США, Австрии, Швейцарии).

É ФРГ ведущей фирмой по изготовлению оборудования для продавливания является «Вестфалия Люнен». Эта фирма вы­ пустила комплекс для механизированного продавливания тон­ нелей, принцип работы которого ясен из рис. 1.21.

Особенностью этого комплекса является то, что ножевая секция выполнена в виде щита с домкратами. Порода разраба­ тывается комбайнам «Вюльмаус» со стреловидным рабочим ор­ ганом. Обделка собирается из длинномерных секций (длиной до 3,3 м). Для длинных участков тоннеля предусмотрена про­ межуточная установка с домкратами.

Аналогичный комплекс для продавливания разработан фир­ мой «Баде». Телескопические домкраты этого комплекса обес­ печивают продавливание секции обделки длиной до-3,5 м и диаметром от 2,4 до 3,1 м.

2.4. РАСЧЕТ СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Определение усилий продавливания является довольно слож­ ной задачей. До настоящего времени нет надежных теоретиче­ ских решений. В связи с этим на практике для определения нажимных усилии пользуются упрощенными формулами.

Практика показывает, что значение т колеблется в преде­ лах 30—60 кН/м2 без применения тиксотропного раствора и 5—25 кН/м2 при применении для продавливания тиксотропного раствора.

Зная усилие продавливания Т и грузоподъемность приме­ няемых домкратов R с учетом коэффициента запаса, определя­ ют необходимое число гидродомкратов для продавливания на заданную длину:

п*= 1,2TIR.

Г л а в а 3

СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

3.1. СУЩНОСТЬ СПОСОБА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Сущность способа заключается ,в там, что -для строительст­ ва подземного сооружения вначале с поверхности земли вскры­ вают котлован или траншею, на дно которых опирают конст­ рукцию возводимого сооружения. ïloqie окончания строитель­ но-монтажных работ в котловане (траншее) последний засы­ лают грунтом с восстановлением дорожного покрытия над под­ земным сооружением.

Открытый способ работ применяют на свободной от соору­ жений территории при строительстве коллекторных тоннёлей, прокладываемых на небольшой глубине (до 6 м), -насосных станций, метрополитенов мелкого заложения (однопутные или двухпутные перегонные тоннели, станции, притоннельные и при­ станционные сооружения).

Открытый способ работ широко применяют при прокладке трубопроводов различного назначения в районах массового жи­ лищного строительства, при строительстве подземных перехо­ дов под улицами, магистралями.

При строительстве подземных сооружений различают три способа работ по их возведению: котлованный, траншейный и ■с применением передвижной крепи.

3.2. КОТЛОВАННЫЙ СПОСОБ

Котлованным принято называть способ работ, при котором конструкция подземного сооружения возводится в предвари­ тельно вскрытом на полную глубину котловане. После монтажа конструкции подземного сооружения, устройства гидроизоля­ ции осуществляют обратную засыпку котлована и восстанавли­

вают дорожное покрытие или благоустраивают поверхность земли.

Форма и раз/меры котлованов и их глубина зависят от фор­ мы и габаритов подземного сооружения, особенностей город­ ской застройки и инженерно-теологических условий.

В зависимости от вышеназванных условий стены котлова­

Котлованы с естественными откосами применяют в устой­ чивых грунтах при наличии достаточно свободной городской территории. Крутизна откосов котлована определяется физикомеханическими свойствами грунтов, глубиной котлована.

Котлованы с вертикальными стенами применяют при невоз­ можности устройства котлованов с естественными откосами. Чаще всего такая конструкция котлованов применяется при строительстве подземных сооружений вблизи зданий в услови­ ях плотной городской застройки.

Если позволяет планировка территории, то могут устраи­ ваться комбинированные стенки котлованов (см. рис. 1.22, вуг).

Комбинированные стены котлованов применяют для частнч-

Рис. 1.22. Схемы конструкций котлованов: 1 — откос; 2 — тоннель 6; 3 — свая

ного разгружения откосов и в том случае, если грунты по глу­ бине котлована неоднородные. Такие конструкции позволяют уменьшить материалоемкость крепи котлованов.

Для крепления вертикальных стен котлованов, разрабаты­ ваемых в грунтах естественной влажности, чаще всего приме­ няют металлические сваи. В качестве свай применяют стальные балки двутаврового сечения с № 30 по № 60 или же трубы диаметров 200—400 м. Кроме того, в качестве свай могут быть использованы железобетонные или бетонные (буронабивные) сваи.

Металлические сваи 1 (рис. 1.23) погружают вдоль котлова­ на или траншеи на расстоянии 0,5—1,5 м одна от другой с за­ глублением ниже котлована на 3—5 м. Пространство между сваями может крепиться, с помощью деревянных досок 2 тол­ щиной 5—7 см, железобетонных плит или нанесением покрытия в связных грунтах из. набрызг-бетона. Для придания устойчи­ вости сваи распирают одним или двумя рядами расстрелов 3 в зависимости от глубины котлована и интенсивности бокового давления.

Для'равномерного распределения усилий в местах опирания расстрелов к сваям прикрепляют продольные пояса 4 из швел­ леров № 24 или № 26. При глубине траншей или котлованов менее 3—4 м возможно ‘ применение свай консольного типа. В котлованах глубиной более 10 м ставят два ряда расстрелов.

Расстрелы могут быть деревянные (из. двух соединенных между собой бревен диаметром 20—30 см) или металлические различных сечений: швеллерные, состоящие из швеллеров № ,30 или 40 с накладками из листов через 0,8—1,2 м; трубча­ тые диаметром 15—20 см или в редких случаях в виде сквоз­ ных ферм.

На одном или обоих концах расстрел имеет выдвижные час­ ти длиной 1,7 м из двух швеллеров, которые служат для рас­ крепления его на сваи посредством металлических клиньев и вкладышей.

Давление грунта, воспринимаемое промежуточными свая­ ми, передается на подкосы 5 (см. рис. 3.2), имеющиеся по кон­ цам расстрелов.

Расстояние между расстрелами в продольном направлении •составляет обычно 3,6—4,5 м, но может быть увеличено до 10*м при условии усиления продольных поясов.

В случае, если подземное сооружение возводят в котловане шириной более 20 м, можно применять промежуточные ряды свай, раскрепляемых распорной крепью.

Вышеприведенные конструкции весьма материалоемки. Так, в среднем при глубине котлована 6—7 м на 100 м его длины при ширине 8—10 м на крепление затрачивается 250—300 т металла и 60—70 м3 обрезных досок. Причем, как показывает

опыт, значительный процент этого металла и почти 100% досок не извлекаются после завершения строительства.

В последнее время взамен систем крепления с применением расстрелов для удержания в проектном положении свай или шпунта используют анкерную крепь (рис. 1.24).

Замковую часть анкеров (рис-. 1.24, а), располагают за пре­ делами возможной призмы обрушения. В качестве оттяжек, соединяющих заанкеренную в грунте часть с продольными по­ ясами, применяют стальные трубы, стержни .периодического профиля диаметром 18—40 мм, а также высокопрочную прово­ локу в виде пучков, прядей или канатов с пределом прочности на разрыв до 180 МПа. Предельное усилие, которое способен выдержать анкер со стержневыми оттяжками, составляет 150— 500 кН, с трубчатыми 300—1500 кН, а с проволочными — 500— 2500 кН.

Анкеры располагают по длине котлована через 3—5 м в. один или несколько ярусов по высоте с углом наклона к гори­ зонту а = 2 5 “-30°.

В некоторых случаях устраивают горизонтальные анкерные

Рис. 1.24. Схемы крепления стен котлованов: