Файл: Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения.pdf

Анкера устанавливали на расстоянии от забоя 5, 10, 15 и 25 м и соз­ давали предварительное натяжение, равное 3 тс. После каждого взрыва фиксировали с помощью гидравлического динамометра ДА-1 изменение величины натяжения анкеров. После стабилизации натя­ жения определяли несущую способность анкеров и замеряли сколь­

составляет 20—30%. Эти данные позволили прийти к выводу о не­ обходимости периодического подтягивания клинощелевых анкеров, особенно на расстоянии до 15 м от забоя.

Несущая способность железобетонных анкеров длиной 2,5 мт выполненных из арматуры периодического профиля при диаметре стержня 22 мм, с заполнением шпура раствором на цементе марки 400 через 6 ч составила 2,5 тс, через 14 ч — 8,5 тс, а через 24 ч она превышает 12 тс. Несущая способность железобетонных анкеров в возрасте 24 ч при нарушении условий твердения (штанга сдвинута на 5 см через 4 ч после установки) составила 10 тс.

Стабильность несущей способности железобетонных анкеров в различных породах объясняется постоянством сцепления между армирующим стержнем и цементным заполнителем по контакту, между которыми происходит, как правило, разрушения анкера (за исключением случая разрыва арматуры). Прочностные показа­ тели пород YI категории и выше по СНиП на несущую способность железобетонных анкеров не влияют.

Рост сцепления железобетонных анкеров показан на рис. 17. Уже в возрасте трех суток сцепление между металлом и раствором составляет не менее 20 кгс/см2, а при 28-дневном возрасте оно уве­ личивается до 40—50 кгс/см2.

На основании проведенных исследований (было испытано около 1000 анкеров в различных туннелях пролетом более 8 м) и технико­ экономических расчетов для широкого внедрения рекомендованы, как уже отмечалось выше, железобетонные анкера.

В подземных выработках со сводчатой кровлей в трещиноватых породах анкера рекомендуется располагать радиально. При явно выраженном слоистом строении кровли, когда ее разрушение может произойти от сдвижения пластов породы, анкера следует устанавли­ вать по возможности перпендикулярно плоскости простирания пла­ стов и трещин с учетом технологичности бурения.

Шаг анкеров в трещиноватых породах сохраняется обычно оди­ наковым в продольном и поперечном направлениях к оси выработки. При наличии выраженной слоистости пород шаг анкеров по пери­ метру выработки может отличаться от шага анкеров в продольном направлении. Расположение анкеров в кровле и стенах выработки

53

Рис. 17. Зависимость сцепления между металлом и раствором в железобетон­ ных анкерах от времени

рекомендуется принимать рядовым, как более удобным для разметки шпуров, можно располагать анкера и в шахматном порядке.

Ориентировочно длина анкеров для закрепления сводчатой части крупных выработок равна 1,5—4 м, а расстояние между анкерами в ряду и между рядами 1—2 м. При креплении высоких выработок следует иметь в виду, что наиболее напряженными оказываются стены в районе пят свода. В этих зонах даже в крепких породах могут возникнуть концентрации напряжений и пластические дефор­ мации с появлением трещин и вывалов. Своевременная установка анкеров, связывающих наиболее напряженные зоны по контуру с массивом породы, может предупредить развитие трещин. Число, длину и месторасположение анкеров определяют расчетом и устанав­ ливают в зависимости от состояния породы. Для крепления стен можно рекомендовать один анкер длиной 2—4 м устанавливать на 2—4 м2 поверхности стен, а при наличии направленных трещин анкер должен иметь длину 5—10 м.

Сравнительно недавно в Пакистане построены крупные выра­ ботки (шириной до 22,2 м и высотой до 26 м) в разрушенных изве­

составляют предварительные паспорта крепи с учетом инженерно­ геологических особенностей каждого участка трассы. При больших размерах поперечного сечения выработки в сложных инженерногеологических условиях паспорта должны быть откорректированы по данным модельных исследований, натурных измерений глубины нарушенной зоны, а также по результатам изучения работы анкер­ ной крепи и породы по мере проходки выработки (см. главу III). Как показывает практический опыт, срок службы временной крепи не должен превышать 4—6 месяцев.

Допустимое расстояние Іо от крепи до забоя, т. е. длина неза­ крепленного участка выработки в скальных породах, находится на

54

усилия, возникающие от отдельных местных нагрузок, и способствует повышению устойчивости окружающего выработку массива породы.

Если принять для набрызгбетопа раннего возраста сцепление со скальной породой и прочность материала тга срез равными всего по 1 кгс/см2, то легко подсчитать, что на 1 м2 поверхности выработки покрытие из набрызгбетона толщиной только 3 см способно удер­ жать от обрушения в выработку отслоившуюся пирамиду породы высотой 1 м и весом около 1 тс.

Одним из существенных достоинств набрызгбетона является быстрый набор им прочности. Неоднократно проведенные наблюде­ ния показали, что уже через 3—6 ч после нанесения набрызгбетона можно вести взрывные работы вблизи места его нанесения, при этом заметных нарушений поверхности или каких-либо обрушений по­ роды не возникает.

Как показали экспериментальные работы ВНИИЦветмета, зна­ чительное повышение ударной прочности набрызгбетона достигается введением в его состав сечки капронового волокна (при толщине нити 0,3 мм) в количестве 4—5% массы цемента [13].

Нормативные сопротивления набрызгбетона несколько выше (на 10—15%) аналогичных характеристик бетона той же марки. Расчет­ ное сцепление набрызгбетона со скальной породой (определяется отрывом специальных рамок) составляет 10—15 кгс/см2. При плохо промытой или частично оглиненной поверхности, в частности по выветривающимся алевролитам, сцепление резко падает, не превы­ шая 5 кгс/см2. В песчаниках на известково-туфовом цементе между породой и покрытием из набрызгбетона образуется тонкий слой пылевидного материала (за счет адсорбции воды из набрызгбетона), препятствующий образованию сцепления покрытия с породой.

Недостаточное сцепление набрызгбетона с породой является основным противопоказанием к его применению в данных условиях. При плохом сцеплении покрытие из набрызгбетона перестает отве­ чать задачам подземной конструкции, а становится опасной обмаз­ кой, работающей в отрыве от породы и не препятствующей развитию подвижек и деформаций в массиве. Это обстоятельство требует про­ ведения предварительных натурных исследований величины сцепле­ ния покрытия из набрызгбетона с породой. Ориентировочно можно полагать что набрызгбетон целесообразно применять при условии, если величина сцепления его с породой не ниже 5 кгс/см2.

Водонепроницаемость набрызгбетона обычно соответствует про­ ектной марке бетона В-8.

Применение набрызгбетона при креплении выработок большого сечения оказывается весьма экономичным. Толщина покрытия, выполненного из набрызгбетона, может быть значительно уменьшена по сравнению с толщиной крепи из монолитного бетона. Сокращается сечение выработки в проходке, трудоемкость работ по возведению крепи уменьшается примерно в 1,5 раза.

Форма поперечного сечения выработки, закрепленной набрызгбетоном, обычно имеет неправильное очертание. Для обеспечения

56

надлежащей устойчивости такой выработки, проходящей в породах средней крепости, неровности во избежание резких концентраций напряжений не должно превышать одной-двух толщин покрытия без ступенчатых переходов. Это обстоятельство определяет необходи­ мость заполнения набрызгбетоном углублений в породе и сглажива­ ния резких выступов. В связи с этим для уменьшения расхода мате­ риала большое значение приобретает технология контурного взры­ вания. При применении набрызгбетона лишь для защиты от выветри­ вания породы толщина покрытия должна быть 3—5 см, в случае же несущего покрытия его толщина может возрасти до 15 см.

При применении анкерной крепи набрызгбетон целесообразно наносить по металлической сетке. Расчеты показывают, что наличие арматурной сетки с ячейками размером 70 X 70 мм из проволоки диаметром 6 мм повышает несущую способность крепи примерно на 25—30%. Применение крепи из анкеров с сеткой и набрызгбетона рекомендуется в породах сильнотрещиноватых, оказывающих гор­ ное давление. Толщина покрытия обычно не превышает 10 см.

Конструкция арочной крепи (из двутаврового профиля или в виде решетчатых ферм) в сочетании с покрытием из набрызгбетона реко­ мендуется преимущественно в мягких породах. Наиболее рациональ­ ным решением в данном случае является использование набрызг­ бетона взамен затяжки между арками, расклиненными в породу. Толщина покрытия составляет от 5 до 15 см. В сильнонарушенных породах целесообразно увеличить эту толщину (до 25 см) с тем, чтобы получить единую конструкцию из металлических арок, сетки и на­ брызгбетона, который частично закроет сами арки. Несущая способ­ ность такой усиленной конструкции, а возможно и с цементацией породы, не ниже железобетонной крепи той же толщины.

При строительстве одного из туннелей диаметром 18 м в Пакистане [110], разрабатываемом в известняках, был проведен интересный эксперимент. На одном из участков вначале породу покрывали тон­ ким слоем набрызгбетона, затем устанавливали и раскрепляли метал­ лические арки. На расстоянии 10 м от забоя проводили повторное нанесение набрызгбетона, увеличивая толщину покрытия между

и раскрепляли металлические арки. Измерения показали, что на первом участке тонкий слой набрызгбетона не смог предотвратить, оседания породы, и нагрузка на арки достигла высоких значений. На втором участке нагрузка на арки оказалась ниже на 30—40% и не превысила 11 тс/м2.

Комбинированная крепь. При проходке выработок за рубежом в сложных инженерно-геологических условиях применяют уже около 10 лет комбинированную крепь. Крепь состоит из слоя породы, укреп­ ленного анкерами и дополнительно упрочненного цементацией, а также из набрызгбетона, который нанесен на поверхность выработки непосредственно или по металлической сетке. Податливость такой крепи оказывается ограниченной, так как обеспечивается постоянство­

57