Файл: Мельников Л.Л. Сооружение выработок большого сечения в крепких породах.pdf

§ 3. СООРУЖЕНИЕ ВЫРАБОТОК С ПОМОЩЬЮ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ШТОЛЬНИ С ПОСЛЕДУЮЩИМ РАСШИРЕНИЕМ ЕЕ ДО ПРОЕКТНЫХ РАЗМЕРОВ

Существуют две разновидности этого способа: с нап­ равляющей штольней, располагаемой в центральной ча­ сти сечения; с направляющей штольней, располагаемой в нижней части сечения.

Сооружение выработок с помощью направляющей штольни, располагаемой в центральной части сечения. Сущность этого способа состоит в том, что сначала на всю длину выработки (участка выработки) в центре ее

Рис. 7. Принципиальная схема расположения шпурои при сооружении выработки с помощью направляющей штольни

проводят направляющую штольню, после чего расширя­ ют ее до проектных размеров выработки.

Направляющую штольню проводят с целью получе­ ния данных о свойствах пород, содержании грунтовых вод, величине горного давления и т. д.

Проведение направляющей штольни представляет со­ бой дорогостоящую работу, вследствие этого размеры ее принимаются минимальными. Однако сечение ее должно быть таким, чтобы оно давало возможность размещать в ней необходимые для работ оборудование и транспорт. Обычно площадь сечения направляющей штольни при­ нимается равной 6—8 м2.

Расширение направляющей штольни до проектных размеров выработки осуществляют буровзрывным спосо­ бом путем бурения и взрывания радиально расположен­ ных по периметру шпуров (рис. 7).

Практика применения этого метода при сооружении ряда тоннелей в США показала, что расстояние между

18

шпурами по периметру штольни целесообразно прини­ мать от 0,4 до 0,45 м; расстояние между двумя смежны­ ми кольцами шпуров зависит от принятых параметров взрывания и колеблется от 0,6 до 2 м. Оптимальное чис­ ло колец, которое можно взорвать за один прием, уста­ навливают опытным путем. Чтобы взорванная порода не закрывала направляющую штольню полностью, обычно кольца шпуров взрывают так, что нижняя часть выработ­ ки опережает верхнюю. Раздробленную взрывом породу грузят погрузочными машинами или подземными экска-

пп

111 k v / / С У / X V / Х У / К У '/ Х У / у

jT j г 'А У Ѵ А У М Ѵ /'А Ѵ /’А Ѵ Л ^ у

У /' у Й оч7 /Л Ѵ /Л Ѵ /* Ѵ /< С Ѵ /Л Ѵ /Л Ѵ /Л Ѵ /* Ѵ /Л У /Л Ѵ /А Ѵ /Л Ѵ /,< У / <ЙіѴ Л Ѵ /А Ѵ /.< \

ЛѴ/АѴ/ЧУЛІУ/АѴ/УчУЖ У А Ѵ Л ^А У Ж Ѵ Ж У /А У М У /Ч У /Л У М У А <.У ,А Ѵ Л <

Рис. 8. Схема сооружения выработки с помощью централь­ ной направляющей штольни и боковой выработкой

ваторами в автосамосвалы или в большегрузные ваго­ нетки.

Для обеспечения одновременности работ по проведе­ нию направляющей штольни и ее расширению необхо­ димо устройство специальной боковой вспомогательной выработки, идущей параллельно главной и служащей для выдачи породы, поступающей из забоя передовой штольни. Такую выработку проводят на расстоянии 20— 25 м от главной выработки и через 350—500 м соединя­ ют ее квершлагами (рис. 8). Породу из забоя направ­ ляющей штольни по соединительному квершлагу достав­ ляют в боковую выработку, затем откатывают вагонетки с породой по этой выработке до заднего соединитель­ ного квершлага, по которому вагонетки с породой посту­ пают в главную выработку, где перегружаются в авто­ самосвалы. Боковую выработку используют также для более совершенной вентиляции забоев.

Применение рассматриваемого способа для сооруже­ ния выработок большого сечения имеет следующие пре-

19

имущества: возможность обеспечения надежной геологи­ ческой разведки; более совершенную вентиляцию забоев, что чрезвычайно важно при сооружении выработок боль­ шей длины; возможность получения больших скоростей сооружения выработки за счет: совмещения проведения направляющей штольни с производством работ по рас­ ширению ее; полного совмещения процессов бурения шпуров и погрузки породы при расширении штольни; возможности взрывания за один прием больших участков тоннеля; возможность эффективного отвода вод в случае большого притока.

К недостаткам способа можно отнести: большую тру­ доемкость сооружения выработки вследствие необходи­ мости ведения работ сразу в нескольких забоях; необ­ ходимость использования разнотипного оборудования; необходимость сооружения дополнительной выработки в случае одновременного производства работ по проведе­ нию и расширению передовой штольни; трудность соблю­ дения проектного контура выработки; многократное пе­ рекладывание рельсовых путей, трубопроводов и т. д.

Сооружение выработок с помощью направляющей штольни, располагаемой в центральной части сечения, наиболее целесообразно применять при сооружении вы­ работок большого протяжения в крепких, не требующих возведения временной крепи, породах. Особенно эффек­ тивен этот способ при сооружении комплекса выработок, идущих параллельно друг к другу.

Сооружение выработок с помощью направляющей штольни, располагаемой в центральной части сечения, было широко распространено в США при проведении тоннелей большой длины. Наилучшие результаты были достигнуты при сооружении железнодорожного 'тоннеля «Каскад» длиной 12,5 км. Средняя недельная проходка центральной штольни составляла 38 м, расширения 31 м. Максимальные скорости за месяц составили: централь­ ной штольни—291 м, расширения—372 м [20].

Сооружение выработок с помощью направляющей штольни, располагаемой в нижней части сечения. Этот способ производства работ отличается от рассмотренного тем, что направляющую штольню располагают в нижней

части сечения выработки, Как показывает практика, соотношение площадей се­

чений направляющей штольни и собственно выработки

20

принимается

W SBUP = (0>3 - 0,4):1.

Работы по расширению направляющей штольни можно производить как после окончания проведения ее на всю длину выработки (тоннель Тюя-Ашу), так и одновремен­ но с ее проведением. В первом случае работы по расши­ рению штольни до проектных размеров выработки ана­ логичны описанным в § 2 работам по разработке верх­ него уступа. Рассмотрим второй случай, когда работы по проведению и расширению направляющей штольни выполняют одновременно.

В табл. 4 приведены некоторые данные по сооруже­ нию тоннелей этим способом.

Бурение шпуров при проведении направляющей штольни и ее расширении обычно производят бурильны­ ми машинами с пневмоподдержками, погрузку породы—■ погрузочными машинами в вагонетки.

Расширение штольни обычно производят бурением и взрыванием горизонтальных шпуров. Для обеспечения одновременности работ по проведению и расширению штольни для обуривания расширяемого забоя применя­ ют раму, сконструированную таким образом, чтобы она пропускала погрузочное и транспортное оборудование, служащее для проведения направляющей штольни.

21

К достоинствам сооружения выработок с помощью направляющей штольни, располагаемой в нижней части сечения, следует отнести возможность надежной геоло­ гической разведки; возможность применения этого мето­ да в породах с изменяющимися физико-механическими свойствами и обычно требующими возведения постоян­ ной крепи; большую эффективность буровзрывных ра­ бот в забое расширения; отсутствие необходимости пе­ рекладывать рельсовые пути и связанная с этим эконо­ мия средств по сравнению с расположением направля­ ющей штольни в центре сечения.

К недостаткам метода следует отмести большую тру­ доемкость сооружения выработок, сложность увязки ос­ новных операций проходческих циклов при проведении и расширении штольни, длительные сроки сооружения выработки при расширении по окончании проведения направляющей штольни.

Рассматриваемый способ наиболее рационально при­ менять при сооружении выработок в породах, требую­ щих детальной геологической разведки. Наилучшие ре­ зультаты при применении этого способа были достигну­ ты при сооружении тоннеля Рокко-д’Эвамдро в Ита­ лии, где максимальная скорость составила 356 м/мес [5].

§ 4. ВЫБОР СПОСОБА СООРУЖЕНИЯ ВЫРАБОТОК

При выборе способа сооружения выработок большого сечения в крепких породах следует учитывать факторы, влияющие на него (размеры сечения, инженерно-геоло­ гические условия, назначение выработки, условия строи­ тельства и т. д.). Вследствие этого дать однозначное решение можно лишь в очень редких случаях. Для боль­ шинства же выработок, например для сооружения же­ лезнодорожных и автодорожных тоннелей сечением 5 = 40ч-100 м2, для гидротехнических тоннелей попереч­ ным сечением до 300 м2 в крепких породах (т. е. для вы­ работок, где ширина и высота соизмеримы), выбор наи­ более эффективного способа представляется нелегкой задачей. Наиболее надежным критерием эффективности принятого способа является минимальная стоимость соо­ ружения, которая является итогом достигнутых показа­ телей — производительности труда, скорости сооружения выработки и т, д,, однако вследствие отсутствия необхо-

22

днмого количества данных в отечественной и зарубеж­ ной литературе, а также колебания валютного курса страны сделать необходимые сопоставления затрудни­ тельно.

Анализируя достоинства и недостатки каждого спо­ соба, можно прийти к выводу, что в большинстве случа­ ев для сооружения вышеуказанных выработок выби­ рать приходится между способом сооружения вырабо­ ток сплошным забоем и способом сооружения вырабо­ ток с разделением забоя на уступы. Способ сооружения выработок с помощью направляющей штольни в на­ стоящее время можно считать вынужденным вариан­ том, который используют только при необходимости надежной геологической разведки трассы тоннеля. Вполне очевидно, что дальнейшее развитие средств го­ ризонтального бурения ограничит применение этого способа.

Таким образом, задача сводится к определению обла­ сти наиболее эффективного применения способа соору­ жения выработок большого сечения сплошным забоем.

Рассматривая достоинства и недостатки этого спо­ соба, можно прийти к выводу, что нельзя дать одно и то же решение для выработок, не требующих возведения постоянной крепи, и для выработок, требующих возве­ дения постоянной крепи.

На рис. 9 показаны зависимость примерной стоимо­ сти сооружения тоннелей на полный профиль для усло­ вий Швеции (рис. 9,а) и Норвегии (рис. 9,6) для незак-

Т а б л и ц а 5

23

рспленпых тоннелей от площади сечения выработки [44]. Как следует из рис. 9, достоинства этого способа обус­ ловливают снижение стоимости разработки 1 м3 породы с увеличением площади сечения, однако, начиная с пло­

если при сооружении тон­ неля площадью поперечного сечения 70 м2 разница меж­ ду стоимостью разработки 1 м3 породы при проведении тоннеля на полный профиль и способом нижнего уступа составляет 17,5%, то при сооружении тоннеля площа­ дью сечения 120 м2 при прочих равных условиях эта разница составляет всего лишь 5%.

Искусственно ставя в те же условия выработки с большими площадями сечения, можно предположить, что стоимость разработки 1 м3 породы окажется равной при сооружении тоннеля площадью сечения 150—160 м2, а при дальнейшем увеличении площади поперечного се-

24