Файл: Мельников Л.Л. Сооружение выработок большого сечения в крепких породах.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.07.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
Л. Л. М Е Л Ь Н И К О В
СООРУЖЕНИЕ ВЫРАБОТО БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ В КРЕПКИХ ПОРОДАХ
Л. Л. М Е Л Ь Н И К О В
СООРУЖЕНИЕ ВЫРАБОТОК БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ В КРЕПКИХ ПОРОДАХ
Под общей редакцией проф., докт.-техн. наук
Я. М. ПОКРОВСКОГО
В
ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н Е Д Р А .
М О С К В А 1974
УДК 624.19+ 69.035:622.235
Гос. пгг
научно- І'йоос .
Мельников Л. Л. Сооружение выработок большого сечения в крепких породах. М., «Недра», 1974, 176 с.
В книге обобщен и проанализирован передовой опыт сооружения выработок большого сечения в крепких породах. Рассмотрены основные способы сооружений тоннелей, приведены рекомендации по их применению. Дан анализ основного бурового, погрузочного и транспортного оборудования, приме няемого при сооружении выработок, и освещены ос новные факторы, влияющие на его выбор.
Значительная часть работы посвящена исследова нию -параметров буровзрывных работ. Приведены ре зультаты исследований по изучению влияния раз личных факторов на удельный расход ВВ, диаметр, число, глубину и расположение шпуров при соору жении выработок на полное сечение и даны основ ные формулы для их расчета.
Рассмотрен опыт разработки нижних уступов при сооружении выработок методом нижнего уступа и даны рекомендации по расчету основных параметров буровзрывных работ для метода горизонтальных шпуров и нисходящих скважин.
Книга предназначена для широкого круга инже нерно-технических работников, занимающихся проек тированием и строительством подземных сооруже ний различного назначения, а также может быть полезна студентам горных вузов.
Таблиц 34, иллюстраций 58, список литературы — 59 назв.
Издательство «Недра»
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время в народном хозяйстве СССР все большее применение находят подземные сооружения раз личного назначения. Стремительными темпами развива ется строительство подземных энергетических и тран спортных сооружений. В общем комплексе подземного строительства наиболее сложными и ответственными яв ляются работы по сооружению тоннелей большого сече-
нйяі.
Если раньше диаметры подводящих и отводящих тон нелей не превышали 5—6 м, то в настоящее время в
СССР сооружают выработки диаметром 10—12 м и бо лее.
Протяженность тоннелей Нурекской ГЭС на р. Вахш, Чиркейской ГЭС на р. Чнрчик, Токтогульской ГЭС на р. Нарым, Ингурской ГЭС на р. Ингури, Зейской ГЭС на р. Зея превысит 100 км.
В настоящее время в ряде отраслей промышленности значительное распространение получила практика разме щения в подземных выработках большого сечения неко торых промышленных объектов, например хранилищ раз личного назначения, гаражей, складов и т. д. Подземное размещение этих объектов при благоприятных горно-гео логических условиях является более экономичным, чем строительство их на поверхности.
Технология сооружения выработок большого сечения имеет существенную специфику по сравнению с выработ ками обычного сечения.
Технический прогресс, широкая механизация гор нопроходческих работ способствуют возникновению но вых, более эффективных способов сооружения выработок
з
большого сечения, а также вызывают необходимость со вершенствования уже известных.
Подавляющее большинство выработок большого се чения располагается в крепких породах. Разработка крепкой горной породы при сооружении выработок еще долгое время будет осуществляться с помощью буро взрывных работ. Буровзрывной комплекс работы в зави симости от горно-геологических и технических усло вий составляет 25—50°/о времени проходческого цикла, причем качество взрывных работ оказывает влияние на трудоемкость и продолжительность других процессов (погрузку породы, возведение крепи и т. д.). В этой свя зи становится очевидной важность установления опти мальных параметров буровзрывных работ для выработок большого сечения, однако исследований, посвященных этой проблеме, недостаточно. Такое положение затруд няет дать правильные рекомендации по выбору опти мальных параметров буровзрывных работ, что значи тельно усложняет и удорожает строительство.
За последние годы в области строительства подзем ных выработок большого сечения достигнуты опреде ленные успехи. К их числу можно отнести применение буровых рам при сооружении ряда тоннелей ГЭС, высо копроизводительных бурильных установок типа СБУ, специализированных подземных экскаваторов для по грузки породы. В результате широкой механизации ра бот средняя скорость сооружения выработок большого сечения возросла более чем в 2 раза по сравнению с
1955 г.
В настоящей работе обобщен и проанализирован пе редовой отечественный и зарубежный опыт сооружения выработок площадью сечения более 20 м2 в крепких по родах, а также даны рекомендации по расчету парамет ров буровзрывных работ для наиболее распространен
ных способов.
Автор выражает глубокую благодарность проф., докт. техн. наук Н. М. Покровскому за ценные указания, сделанные им при подготовке рукописи к печати.
Глава I
СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ВЫРАБОТОК БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ В КРЕПКИХ ПОРОДАХ
Выработки большого сечения в крепких породах мож но сооружать следующими основными способами: сплош ным забоем; с разделением забоя на уступы, с по мощью направляющей штольни.
§ 1. СООРУЖЕНИЕ ВЫРАБОТОК СПЛОШНЫМ ЗАБОЕМ
Существуют две разновидности этого способа: соору жение выработок сплошным забоем на полный профиль и сооружение выработок сплошным забоем с уступным его профилем.
Сооружение выработок сплошным забоем на полный профиль. Сущность этого способа заключается в том, что всю вертикальную плоскость забоя обуривают и после этого одновременно взрывают, вследствие чего забой под вигается на одну заходку полным сечением.
Шпуры при этом способе бурят или с буровых рам, оснащенных большим числом бурильных машин, или при помощи бурильных установок. Погрузку породы осуще ствляют подземными экскаваторами или мощными пог рузочными машинами в автосамосвалы, оснащенные га зоочистителями. Одна из схем организации работ при сооружении выработки большого сечения сплошным за боем на полный профиль с применением буровой рамы показана на рис. 1. Следует отметить, что наилучших результатов достигают при последовательном выполне нии основных операций проходческого цикла. Совмеще ние производства работ допускается лишь для выпол нения подготовительно-заключительных операций.
5
Широкое распространение способа сооружения выра боток большого сечения на полный профиль объясняет ся следующими преимуществами.
1. Широкий фронт работ, позволяющий применя мощное, высокопроизводительное оборудование и достп-
Рис. 1. Сооружение выработки сплошным забоем на полный профиль:
а — бурение шпуров н |
закрепление |
свода |
анкерной |
крепью и шприц-бетоном; |
|||
б — погрузка |
породы; |
/ — буровая |
рама; |
2 — подъемник для |
осмотра кровли |
||
и нанесения |
шприц-бетона; 3 — машина |
для |
нанесения |
шприц-бетона; |
|||
4 — автобетономешалка; |
5 — вентиляционная |
труба; |
6 — экскаватор; 7 — авто |
||||
|
|
самосвал |
|
|
|
гать высоких скоростей сооружения тоннеля. На рис. 2 показана зависимость средней скорости сооружения тон неля от площади его поперечного сечения. Эта зависи
мость, |
построенная по |
данным практики сооружения |
||||||||
тоннелей в Швеции [2], |
является |
типичной и для прак |
||||||||
|
|
|
|
тики |
сооружения |
тон |
||||
іг,м/мес |
|
|
|
нелей |
в |
СССР. |
|
Так, |
||
|
|
|
например, при сооруже |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
нии |
напорного |
тоннеля |
||||
|
|
|
|
Ингурской |
ГЭС подвига- |
|||||
|
|
|
|
нне |
забоя площадью |
|
се |
|||
|
|
|
|
чения 82 м2 за 1 месяц |
||||||
|
|
|
|
постоянно |
превышало |
|||||
|
|
|
|
подвигание |
забоя |
пло- |
||||
|
„ |
|
120 S.Mг щадью сечения 52 |
м2. |
На |
|||||
|
|
|
возрастание |
скорости |
|
со- |
||||
Рис. 2. Зависимость средней ско- |
оружения |
выработок |
С |
|||||||
рости |
сооружения |
тоннеля ѵ |
r j |
|
их |
г |
|
|
|
|
сплошным забоем от площади его |
ростом |
поперечного |
||||||||
сечения |
S (работа в |
три смены) |
сечения |
указывает также |
6
опыт строительства асуанских тоннелей [42]. Сравнение скоростей сооружения верхней части водосборных тощ нелей показало, что средняя скорость проходки выра боток шириной 20 м в 1,6 раза больше скорости соору жения выработок, имеющих ширину 10 м (несмотря на увеличение абсолютного объема породы на 1 м тонне ля), вследствие использования более производительно го оборудования.
2.Мощное, высокопроизводительное проходческое оборудование, создающее благоприятные условия для использования глубоких шпуров, что способствует дости жению высоких технико-экономических показателей.
3.Простая организация работ, позволяющая соблю дать цикличность работ.
4.Меньший объем подготовительных и вспомогатель
ных операций, что значительно удешевляет строитель
ство.
К недостаткам способа следует отнести: необходи мость в предварительной геологической разведке трассы; применение громоздких буровых рам или дорогих буро вых установок; большие затраты времени на производ ство работ по очистке кровли и стен выработки после взрыва, а также на установку временной крепи; труд ность соблюдения заданного направления при бурении шпуров при применении буровых установок; сильный шум при работе большого числа бурильных машин.
Способ сооружения выработок на полный профиль можно применять лишь в крепких монолитных или сла ботрещиноватых породах. Он получил широкое распро странение в последнее время в связи с усовершенствова нием средств механизации проходческих работ. В насто ящее время большинство железнодорожных, автодорож ных и гидротехнических тоннелей сечением до 90 м2 в крепких породах сооружают на полный профиль.
Втабл. 1 приведены примеры сооружения тоннелей
вСССР и за рубежом. Как видно из табл. 1, скорости сооружения выработок этим способом достигают 487 м/мес.
Сооружение выработок сплошным забоем с уступным его профилем. При сооружении выработок этим спосо бом забой делят по высоте горизонтальной площадкой на две (редко более) части (рис. 3). Соотношение ча стей по высоте обычно принимается 1 : 1 . Продвижение
7
Таблица
Л - |
ввнчігвіч |
н ^ |
-НЭНВ1Ч |
о fcf t |
|
8.0 S |
|
og -; |
ШінѴэбэ |
о |
|
и С |
ь ‘втшд 0J0H3
-ohVoxodu Ч1 Э0Н
•qir^XHMorotfodu
!М |
—. Г'-. |
УЭ |
, ю |
|
со |
— |
о ОО Ol |
со |
г- |
о |
о |
~™ |
•-« *о со |
"Ф |
<м |
•о |
|
—* 00 <Г> |
т* |
оо |
О |
О» |
о |
со |
СО |
оо ю ^ |
ю |
о |
0 |
ч* |
ю |
оо |
о |
О! оі |
—. |
|
01 |
ОІ |
ОІ |
|
|
|
g |
s |
|
|
U |
f i , |
|
|
S * ! g |
||
Ct |
с |
" “ |
|
я |
с. |
||
>» |
н |
ь |
|
о. |
|
|
|
|
о я |
||
|
£Э |
||
|
£ я |
||
|
&S |
||
С |
|
ных машин |
|
число буриль |
|||
я |
|||
я |
|
|
|
о |
|
|
|
Z |
|
|
|
я |
|
|
|
я |
|
|
|
<и |
|
|
|
2 |
буровая |
рама |
|
о. |
С
W 'aodXun вкидХіц
*N 'ВІШЭЬЭЭ OJOHhOd
-3U0U qtfBtnoiry
iqtfodou
эшчэвиэээбэц
|
|
|
|
I] |
< 0 |
- |
|
я ,Ä |
s |
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
X (Ö |
|
B “3 |
|
|
|
|
|
|
||||
ІТі |
i'll |
l ii |
I t; |
з ^ |
і |
£ - о II |
s*4** |
—и |
|
|
||||||
я (I |
|
TO я я |
" |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Ö - |
|
І “ |
S |
II |
ö II |
|
|
|||
я |
t f |
|
" |
J g |
s |
о II |
уО |
L Ч |
«О |
Я |
|
|||||
я ■”* я . * J2 Ч о |
I« |
|
Uч |
г . |
|
|||||||||||
CO ^ |
CQ ffl^Cg H |
ш—«ли |
|
|
CQ |
|
||||||||||
|
|
|
|
О <* |
|
|
**1 ч |
|
|
|
|
|
|
S S |
< < |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
— |
— |
о |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С.Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о с |
||||
0) !? ' |
Э* $« 2*д «-“Г2 ' |
|
о • <и<с у«< |
|
£ <и |
|||||||||||
|
|
я а |
||||||||||||||
|
|
£ <и я « |
я о |
д о |
£ О |
|
д О |
ffl 41 |
д |
- |
-• |
|
m cj |
|||
|
|
]? я Чд е* я ,_гя |
чхСЯкаДЯң-* |
|
|
я a |
||||||||||
с с |
0 x 0 * 0 2 ^ 5 |
О S |
|
|
|
|
«=CSе=СЗ |
я t= |
||||||||
m |
|
|
|
Н я |
||||||||||||
|
|
|
|
m |
m |
m |
|
|
|
|
|
|
m |
m |
8 |
4 |
12 |
12 |
Рельсовая |
Буровая установка |
Рельсовая |
То же |
2.4 |
2 .8 |
3 .6 |
3.7—4.0 |
35 |
48 |
46 |
52 |
Граниты |
Известняки |
Роговики, андезиты |
Диориты, кварциты |
|
5p- |
Ь |
|
|
|
•я—, s |
|
|
|
а |
3£X |
Л |
|
|
а |
SB |
|
|
|
О - ч |
g« . £ |
|
|
|
=;а |
|
|
||
-=\_, |
c 4 |
vo^. |
|
|
z u |
У^ |
z к |
|
|
><U |
« |
|||
Qa ßm Я= 0(ft) |
яЯдs |
|||
оü ü^яГ< ' |
а |
в |
К |
|
я |
?L J |
Я |
4 |
— |
с .1" |
о |
|||
|
н |
2 |
|
£ |
1G—19 |
7 |
Пневмати ческая |
То же |
4.5 |
2,2 |
82 |
50 |
Граниты, гнейсы |
Гнейсы |
IS
а2
яч
ш ш
7 |
13 |
12—16 |
|
Рельсовая |
Пневмати ческая |
Рельсовая |
|
3 ,6 |
3.7 |
3.2 |
|
23 |
102 |
42 |
|
Филлиты, диориты |
Сланцы |
То же |
|
|
о |
|
|
|
н |
|
|
|
а < |
я |
|
|
а |
||
< |
3 |
||
в у . |
|||
в |
к |
я |
|
о |
« я |
ѳw |
|
|
я я |
||
я |
I l f |
||
о. |
|||
|
а * |
< |
|
|
о о |
' |
|
|
Ч х |
я |
|
|
о я |
р. |
|
|
яС |
g |
|
|
< |
S |
15 |
До 28 |
17 |
20 |
То же |
Пневмати ческая |
То же |
Пневматиче ская |
4.2 |
5 .6 |
4,2—4,8 |
6 |
90 |
84 |
60 |
135 |
Гнейсы, роговики |
Граниты. гнейсы. сланцы Гнейсы, граниты Липариты |
||
к |
я |
|
|
я |
га |
|
|
я |
у |
|
|
о |
|
|
|
я |
к |
|
|
>-! |
|
|
|
я |
л |
|
|
X |
ч |
|
|
о. |
Ё |
я |
|
•& |
0«—• |
|
яо я о
яа. ч о.
оо ѵэ о
О и О и
S £ О X
выработки производится одновременным взрыванием всех шпуров верхней части и нижней.
Наиболее распространен вариант, когда верхняя часть забоя опережает нижнюю (рис. 3, а). Верхнюю часть выработки в этом случае обуривают бурильщики, находящиеся на площадке нижнего уступа. Нижнюю часть забоя обуривают с почвы выработки.
Глубину шпуров принимают с таким расчетом, чтобы величина подвигания как в верхней, так и в нижней части выработки была одинаковой. При этом следует
Рис. 3. Схема сооружения выработок сплошным забоем с уступным его Профилем
учитывать, что уступ имеет две свободные поверхности и коэффициент использования шпуров (к. и. ш.) его выше, чем к. и. ш. верхней части.
С учетом облегченной работы шпуров йижнего уступа целесообразно в верхней части выработки делать два взрыва, в то время как в нижнем уступе производить один (рис. 3, б). Соответственно глубину шпуров нижне го уступа следует принимать в 2 раза большей глубины шпуров верхней части выработки.
К достоинствам способа сооружения выработок сплошным забоем с уступным его профилем можно от нести отсутствие необходимости в буровой раме, возмож ность совмещения обуривания верхнего забоя с погруз кой породы, а также быстрого перехода к другому спо собу в случае встречи слабых пород.
Недостатками метода являются невозможность ис пользования мощного проходческого оборудования, боль шая доля ручного труда и, как следствие, низкие скоро сти сооружения выработки.
Способ целесообразно применять при сооружении выработок ограниченной протяженности, когда экономи чески невыгодно применять буровую раму. В СССР
9