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

бадьями с помощью крана через отверстия, оставленные в пе­ рекрытии, или же автосамосовалами, перемещающимися по спе­ циально устроенным пандуоным съездам.

Конструкции междуярусных перекрытий можно возводить по двум технологическим схемам: сверху—вниз (рис. 1.29, а) и снизу — вверх (рис. 1.29,6).

По. п е р в о й схеме грунт вынимают на высоту яруса под­ земного сооружения и сразу же возводят междуярусное пере­ крытие, после этого цикл повторяют до тех пор, пока не будут возведены все ярусы.

Преимущество такой схемы заключается в том, что междуярусные перекрытия выполняют роль распорок, обеспечиваю­ щих Vустойчивость траншей-ных стен. Недостатком такой схемы является усложнение работ по разработке грунта.

По вт орой схеме одновременно с разработкой грунта осу­ ществляют крепление траншейных стен с помощью расстрелов или же анкерами. После разработки грунта на .проектную глу­ бину приступают к возведению междуярусных перекрытий в на­ правлении снизу — вверх. При этом демонтируют пояса и рас­ стрелы.

Преимуществом такой схемы является простота работ по разработке грунта, возможность применения высокопроизводи­ тельных землеройных машин. Основным недостатком такой схе­ мы является необходимость дополнительного раскрепления траншейных стен.

3.4. П Е Р Е Д В И Ж Н Ы Е К Р Е П И

При применении п е р е д в и ж н о й крепи подземные со­ оружения вводят с помощью специальных щитов незамкнутого профиля, передвигающихся за счет отталкивания от собранной обделки (такие щиты иногда называют полущитами). Щиты выполняют роль временной передвижной крепи, предотвращаю­ щей обрушение породы при ее разработке. Под защитой обо­ лочки-щита возводят обделку^ тоннелей. По мере продвижения щита и возведения обделки оставшееся пространство между возведенной обделкой и поверхностью земли засыпают грунтом.

В отличие от котлованного способа работ, при котором сте­ ны выработки по всей длине закрепляют временной крепью, применение подвижной крепи исключает стационарное ограж­ дение стен котлована. П[ри эт;ом значительно сближаются опе­ рации по разработке и погрузке грунта и возведению постоян­ ной крепи.

Передвижную крепь применяют при строительстве различ­ ных тоннелей неглубокого заложения (до 12 м) с цельносекционной обделкой вблизи зданий и сооружений, а также раз­ личного рода подземных коммуникаций в любых нескальных

обделки. Угол наклона баковых стен в ножевой части равен 50°. Для уменьшения выталкивающего усилия, возникающего на наклонной части, ножевая секция имеет вертикальную часть, составляющую 1/3 от общей высоты конструкции..

На конце боковых стен предусмотрены фартуки 1 длиной 1,5 м, предназначенные для предотвращения обрушения бортов траншеи в пространство строительного зазора. Последний ве­ личиной 250 мм образуется при перемещении ПМК за счет тол­ щины ее боковых стен и монтажного зазора между конструк­ цией обделки и стенками ПМК.

Домкратная секция предназначена для обеспечения переме­ щения ПМК. В ней смонтирован гидродомкрат перемещения 4, гидропривод, .пульт управления. Кроме того, она выполняет роль жесткой связи между баковыми стенами, воспринимаю­ щей нагрузки как от грунтового массива, так и от перемеще­ ния.

Нижняя часть домкратной секции для профилировки • почвы выработки, оборудованная подрезным ножом 7, опираясь на дно траншеи, является днищем ПМК.

В донной части домкратной секции установлены два гидро­ домкрата подрезного ножа и дова гидродомкрата нижнего ма­ невра 8. Последние предназначены для плавного изменения на­ правления ПМК в профиле и совместно с верхними домкрата­ ми перемещения позволяют обеспечивать, устойчивое поведение ПМК при ее перемещении в грунтовом массиве.

Для увеличения маневренных свойств конструкции в ноже­ вой части установлены два гидродомкрата управления 6, кото­ рые закреплены на боковых стенах.

Цикл работ при строительстве тоннелей с црименением ПМК обстоит из следующих основных операций: разработки грунта экскаватором с погрузкой ее в автосамосвалы, переме­ щения ПМК и экскаватора с засыпкой образовавшегося строи­ тельного зазора специальным заполнителем; устройства дре­ нажного слоя основания и монолитного железобетонного дни­ ща коллектора; монтажа сборной железобетонной обделки тоннеля; устройства гидроизоляции конструкции тоннельной обделки и обратной засыпки заизолированного участка тоннеля.

Разработку грунта осуществляют в пределах ножевой части экскаваторами, оборудованными обратной лопатой, на длину, равную длине секции тоннельной обделки. Ширина разрабаты­ ваемого котлована должна быть на 0,6—0,8 м меньше ширины ПМК. Оставшийся у баковых стен грунт подрезается боковыми стенами ПМК. Одновременно с разработкой грунта с помощью гидродомкратов перемещается и ПМК, постоянно врезаясь но­ жевой частью в разработанный экскаватором забой.

Ликвидацию образовавшегося строительного зазора осуще­ ствляют заполнением последнего материалом с большой теку-

честью. В качестве такого заполнителя рекомендуется приме­ нять прокаленный до температуры 200°С "песок, который в та­ ком состоянии имеет нулевое сцепление.

Обделку тоннеля монтируют иод защитой хвостовой части при помощи самоходных кранов на пневмоколесном ходу (на­ пример, К-161). Кран устанавливается и перемещается непо­ средственно на перекрытии уже смонтированной части тоннеля строго по его оси. Монтаж ведут после перемещения ПМК па­ раллельно с разработкой грунта. Гидроизоляцию осуществляют вслед за проходкой тоннеля с незначительным отставанием. После гидроизоляции осуществляют обратную послойную за­ сыпку конструкции с поливкой и уплотнением.

С помощью ПМК в г. Москве был построен коллектор р. Не­ глинной, два коллектора для прокладки инженерных коммуни­ каций, одного пешеходного перехода. Общая ' протяженность тоннелей, построенных с применением ПМК, составляет более 1100 м. При этом средняя скорость проведения составила 5 м/ /смену, а максимально достигнутая— 8 м/омену, фактическая трудоемкость на 1 м коллекторного тоннеля составила 105 чел.- ч, что в 1,7 раза ниже, чем при традиционном способе строи7 тельства тоннелей с устройством свайной распорной крепи.

Таким образом, опыт применения ПМК показал, что она позволяет эффективно и качественно в практически любых грунтовых условиях, за исключением скальных, строить раз­ личные инженерные тоннели в крайне стесненных городских условиях и в непосредственной близости к зданиям и сооруже­ ниям на глубине до 10 м. Строительство осуществляется срав­ нительно бесшумно, без просадки поверхности земли, и, что са­ мое главное, без устройства дефицитной, дорогостоящей и тру­ доемкой временной металлической распорной крепи стен тон­ неля.

Представляет интерес комплекс КМО 2X5, разработан­ ный ЦНИИСом и Главтоннельметростроем. Комплекс предна­ значен для строительства двухпутных или однопутных тоннелей открытым способом с цельтюсекциокной обделкой и гидроизо­

Комплекс КМО 2X5 представляет собой пространственную конструкцию прямоугольного сечения из трех основных частей: ножевой 3, опорной 6 и хвостовой 8. В верхней части располо­ жены ограждения 12 для обеспечения прохода щита под по­ перечными городскими коммуникациями, выполненные съем­ ными. Ножевая часть и хвостовая оболочка—*в вертикальных металлических стенках, открытых сверху и снизу. Для прида­ ния дополнительной жесткости ножевым Стенкам предусмотре­ ны трубчатые раскосы 4. Передние кромки ножевой части име*

ют заострения для внедрения в забой и выполнены со скосом -под утлом около 50°. В опорной части, расположены по ее пе­ риметру 30 щитовых гидроцилиндров 9, штоки которых с баш­ маками выдвигаются в сторону уложенной обделки и имеют возможность упора в нее через распределительные рамы.

Комплекс КМО 2X5 позволяет разрабатывать котлованы шириной до 10,5 м с высотой крепления стен до 8 м в глинах, суглинках, супесях и песках.

Работы по проходке тоннелей выполняют в следующей по­ следовательности: по трассе экскаватором 1 цредварительно срезают слой грунта, чтобы установить экскаватор в положе­ ние, позволяющее разрабатывать котлован заданной глубины. Затем^ экскаватор разрабатывает грунт впереди ножевой части щита, обеспечивая его перемещение в сторону забоя. Для обес­ печения Проектной глубины копания экскаватор оснащен рабо­

чим оборудованием обратной лопаты с удлиненной рукоятью 2 с ковшом 5 вместимостью 0,65 м3.

По мере передвижения щита козловым краном 11 устанав­ ливают цельносекционную обделку 10. По мере продвижения комплекса на расстояния 30—35 м от забоя производится об­ ратная засыпка котлована бульдозером. Для этого использует­ ся грунт, разрабатываемый в забое щита.

Опытный образец комплекса КМО 2X5 был внедрен в г. Киеве, где с его помощью построено 150 м двухпутного пе­ регонного тоннеля метрополитена со средней скоростью 2,7— Зм/смену,

РАЗДЕЛ II

СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОГРАНИЧЕННОГО СЕЧЕНИЯ

ВПРОЧНЫХ ПОРОДАХ

Взависимости от физико-механических свойств пород и, главным образом, их прочности, строительство подземных со­

ным. С применением этого способа, например, в угольной про­ мышленности проводят около 80% выработок.

Производство работ буровзрывным способам включает в се­ бя следующие технологические процессы: бурение шпуров; за­ ряжание шпуров и взрывание зарядов, проветривание выработ­ ки, осмотр и приведение забоя в безопасное состояние; погруз­ ку и транспортирование породы, возведение крепи; настилку рельсового пути; монтаж труб вентиляции, сжатого воздуха и водоотлива;' устройство водоотводной канавки и другие работы.

Основными технологическими процессами являются: разрушение породы (буровзрывные работы), погрузка и транспорти­ рование породы, возведение постоянной крепи. Остальные ра1 боты относятся к вспомогательным.

Комплекс основных технологических процессов, которые пе­ риодически повторяются в определенной последовательности и выполняются, в установленное время, называется п р о х о д ч е ­ с к и м ц и к л о м . Работы, входящие в проходческий цикл, мо­ гут выполняться последовательно или с частичным совмещени­ ем. В производственной практике частично совмещают работы по возведению крепи с бурением шпуров и погрузкой породы, настилку рельсового пути с бурением шпуров и др.

Г л а в а 4 СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ

СООРУЖЕНИЙ БУРОВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ

4 .1 . О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

Качественное производство буровзрывных работ (БВР) во многом определяет эффективность и экономичность строитель­ ства подземных сооружений. Правильное определение и рацио­ нальный выбор элементов буровзрывного комплекса должны

обеспечивать выполнение определенных условий: порода дол­ жна быть разрушена в объеме проектного сечения без «иедоборов» и без «переборов» и на максимально возможную глуби­ ну шпуров; обеспечить равномерное дробление породы опреде­ ленной фракции, при которой достигается максимальная произ­ водительность погрузки разрушенной массы; разброс взорван­ ной породы по выработке должен быть минимальным, чтобы уменьшить трудоемкие работы по подгребанию породы. Взо­ рванная порода должна лежать кучно у забоя; все работы долж­ ны быть максимально' механизированы.

Эффективность буровзрывных работ в свою очередь зависит от многих факторов, д том числе: от физико-механических свойств пород и, в первую очередь, прочности, трещиноватости, напластования пород, типа и .расхода ВВ, диаметра и глубины шпуров, конструкции заряда и способа инициирования, схемы расположения шпуров и очередности взрывания зарядов, типа бурового оборудования, организации работ и т. п. Степень влияния указанных факторов на эффективность буровзрывных работ различна и приводится ниже.

Буровзрывной комплекс включает работы по бурению шпу­ ров, заряжанию шпуров и взрыванию зарядов.

4.2. П А Р А М Е Т Р Ы Б У Р О В З Р Ы В Н О Г О К О М П Л Е К С А

менее 4 км/с; для весьма крепких пород— соответственно вы­ сокобризантные 1400 мг/.м3 и 6—6,5 «м/с.

В подземных сооружениях, не опасных по пыли и газу, при­ меняют непредохранительные ВВ II класса: в крепких и сред­

Вподземных сооружениях, опасных по пыли или газу, при­ меняют: в породных забоях ВВ III класса—победит ВП-4 и аммонит АП-5ЖВ; в угольных и смешанных забоях ВВ IV класса — аммонит Т-19 и аммонит ПЖВ-20.

Вподземных сооружениях, особо опасных по газу или пы­ ли, и при проведении специальных работ применяют ВВ повы­ шенной предохранительности V класса — угленит Э-6 № 5, пат­

роны ПВП-IV, а также высокопредохранительные ВВ-^-патро­ ны СП-1.

В последнее время при строительстве горных выработок в крепких породах широкое применение получили гранулирован-

,ные ВВ (граммонит 79/21, гранулит АС-4 и др.). Гранулиро­ ванные ВВ, уступая пабонированным по работоспособности, обеспечивают возможность механизации и высокую плотность заряжания, пониженную чувствительность к механическим воз­ действиям и невысокую стоимость.

Взрывание зарядов ВВ может быть электрическое, огневое, электроогневое, бескапсюльное —детонирующим шнуром.

В производственной практике наибольшее распространение •получило электрическое взрывание с помощью электродетона­ торов мгновенного, короткозамедленного и замедленного дейст­ вия. Электродетонаторы замедленного действия (ЭДЗД) при­ меняют в подземных сооружениях, не опасных по пыли и газу.

Расход ВВ. Об щи й р а с х о д ВВ Q (кг)* определяется ис­ ходя из объема породы,, подлежащего разрушению и удельного расхода ВВ:

Q.=

где 5 Вч — площадь поперечного сечения подземных сооружений вчерне; 1т— глубина шпуров; q— удельный расход ВВ, кг/м3.

У д е л ь н ы й р а с х о д ВВ зависит от многих факторов; физиконмеханических свойств пород и в первую очередь крепости, напластования и трещиноватости пород; типа ВВ — его работо­ способности, бризантности и теплоты взрыва; диаметра пат­ рона и плотности заряжания; площади поперечного сечения подземного сооружения и других факторов.

Разнообразие влияющих факторов исключает в настоящее время возможность теоретического определения удельного рас­ хода ВВ. В этой связи удельный расходВВ определяется, ис­ ходя из обобщения практического опыта, по эмпирическим фор­ мулам.

“Полученные расчетные значения удельного расхода ВВ сле­ дует рассматривать как ориентировочные, которые должны в каждом конкретном случае уточняться серией опытных взрывов в конкретных условиях.

Из эмпирических формул наиболее широкое применение по­ лучила формула

q ^ q j 0vem,

по таблицам; fo—коэффициент структуры породы. Для вязких, упругих и пористых пород /о=2, для пород неправильного за­

$1 = (2 ,2 + 0,5/») е т/

где е=450/Р, m=36/cfn; Р —-работоспособность ВВ; dn— диа­ метр патрона ВВ, мм.

Расход ВВ уменьшается при увеличении площади попереч­ ного сечения, подземного сооружения, применении взрывчатого вещества с большой работоспособностью в патронах диамет­ ром 40 мм и при повышении плотности заряжания. Очевидно,,

которой длина заряда значительно превышает его диаметр, а патроны ВВ располагаются один за другим вплотную друг к другу. В выработках, не опасных по газу и пыли, применяется сплошная — колонковая конструкция, при которой во время за­ ряжания шпура на патроне ВВ делается продольный разрез. Такой надрезанный, патрон помещается в шпур и прюдйвли-ва- ется (уплотняется) деревянным забойщиком. Патрон ВВ' раз­ давливается,- а ВВ заполняет весь объем шпура. Отсутствие воздушного зазора между патронами ВВ и стенками шпура по­ вышает эффективность взрыва.

Боевой патрон (патрон ВВ с электродетонатором) распола­ гают первым от устья шпура (прямое инициирование) или пер­ вым от забоя шпура (обратное инициирование). .При прямом инициировании воздействие взрыва на массив породы и рас­ крытие трещин происходит в направлении к свободной поверх­ ности..Потери энергии и прорыв продуктов детонации через тре­ щины в атмосферу снижают коэффициент использования энер­ гии взрыва, порода в донной части шпура недостаточно разру­ шается, остаются «стаканы».

При обратном инициировании детонация распространяется от забоя шпура. В этом случае увеличивается время воздейст­ вия газов взрыва на породу, возрастает количество энергии, за­ траченной на разрушение породы, повышается полнота детона­ ции. По данным Э. О. Миндели' применение обратного иницииро­ вания повышает коэффициент использования шпура на 8—10% и уменьшает разброс породы на 10—18%, чем достигается рав­ номерность дробления породы.