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

формы выработки, в то же время несущая способность крепи яв­ ляется весьма высокой. Это позволяет при правильной очередности вскрытия выработки и возведения крепи осуществлять проходку крупных выработок полным профилем, даже в сильнонарушенных скальных породах.

Каждый элемент комбинированной крепи выполняет определен­ ную задачу, а в комплексе они создают мощную несущую конструк­ цию. Анкера уменьшают анизотропию породного массива, соединяя отдельные слои породы между собой, повышают сцепление и трение между слоями и отдельными блоками трещиноватой породы. Анкера в пределах нарушенной зоны создают породный свод, способный вос­ принимать нагрузки от вышележащих слоев породы. Осредненный модуль упругости и другие физико-механические характеристики породы в этом своде оказываются повышенными по сравнению с поро­ дой в той же зоне до установки анкеров. При предварительном напря­ жении анкеров породный свод превращается в обжатую несущую конструкцию.

Набрьтзгбетон, наносимый на поверхность выработки, как отме­ чалось выше, омоноличивает породу, укрепляет ее поверхностный слой, повышает сцепление между отдельными блоками породы, пред­ отвращает доступ воздуха и влаги к породе, т. е. препятствует вывет­ риванию наиболее нарушенной зоны пород. Кроме того, само покры­ тие из набрызгбетона является несущей крепью, способной выдер­ жать существенные нагрузки. При нанесении набрызгбетона на по­ роду по металлической сетке несущая способность крепи возрастает, поскольку сетка распределяет усилия при возникновении местных вывалов породы и повышает способность поверхностного упрочнен­ ного слоя к сопротивлению растягивающим и сдвигающим усилиям от воздействия внешних нагрузок.

В сильнотрещиноватых и нарушенных породах, особенно в выра­ ботках большого сечения, сочетание анкеров и набрызгбетона не приводит к созданию эффективного несущего породного свода над выработкой. В этом случае дополнительное упрочнение крепи дости­ гается применением укрепительной цементации породы под защитой покрытия из набрызгбетона через скважины, расположенные на расстоянии от 2 до 5 м. Цементный раствор проникает в трещины в породе, омоноличивает породу в пределах всей нарушенной зоны, восстанавливает до естественного состояния свойства породы и даже улучшает ее качество. Применение комбинированной крепи с цемен­ тацией породы на шахтах ФРГ и США, а также на Левихинском медном руднике на Урале [4] показало надежность породоанкерного свода и высокую его несущую способность.

При выборе типа комбинированной крепи в выработках различ­ ных размеров и в разных инженерно-геологических условиях появ­ ляется возможность использования многих вариантов. Несущая спо­ собность такой крепи может быть изменена цементацией или отказом от нее, выбором параметров этой цементации (расстояние между сква­ жинами, давление цементации, состав раствора и др.), параметров

58

анкерной крепи (глубина, шаг, диаметр штанг, предварительное на­ пряжение их, конструкции анкеров), выбором толщины покрытия из набрызгбетона, наличия металлической сетки различной кон­

ров и нанесению набрызгбетона.

Экспериментальными исследованиями, проведенными на строи­ тельстве ряда туннелей, установлено, что в породах достаточно проч­ ных и устойчивых набрызгбетон можно наносить на породу после уста­ новки анкерной крепи. В нарушенных сильнотрещиноватых скальных породах очередность возведения крепи целесообразно изменить. Сразу же после взрыва зарядов в забое и оборки кровли до начала погрузки породы на поверхность выработки наносят покрытие из набрызгбетона толщиной до 5 см. После погрузки породы через это покрытие пробуривают шпуры, устанавливают анкера и при необхо­ димости навешивают сетку. Этот процесс можно совмещать по вре­ мени с бурением шпуров в забое. Далее с отставанием примерно 10 м, т. е. через 2—3 суток после нанесения первого слоя, наносят второй слой набрызгбетона, доводя общую толщину покрытия до расчетного значения (10—15 см).

Изменение очередности работ по возведению крепи в данном слу­ чае позволяет облегчить ее конструкцию. Деформации массива, происходящие непосредственно после вскрытия выработки, а затем в течение последующих 2—3 суток, частично воспринимаются относи­ тельно податливой крепью. После же разгрузки массива, когда на­ грузки стабилизируются и уменьшаются, крепь усиливают и она начинает работать как жесткая конструкция.

Этот вывод подтвержден модельными и натурными наблюдениями, проведенными институтом Оргэнергострой в нескольких подземных выработках Нурекского гидроузла пролетом от 12 до 26 м в 1965— 1969 гг. К такому же результату пришли в США в 1970—1971 гг. при проходке одного из туннелей пролетом около И м , сооружа­ емого для снабжения инженерных войск. В этом туннеле впервые в США была осуществлена аналогичная последовательность воз­ ведения комбинированной крепи ,[87].

Таким образом, применяя комбинированную крепь, проекти­ ровщики и строители располагают прогрессивной и экономичной конструкцией, которую легко можно приспособить к местным усло­ виям в широком диапазоне пород, размеров выработок и действу­ ющих нагрузок для обеспечения проходки крупнопролетных выра­ боток полным профилем.

Выбор крепей. Анкерная и набрызгбетонная крепи наиболее экономичны. В частности, это подтверждается расчетами Криворож­ ского НИГРИ для выработок горнорудной промышленности (рис. 18).

В табл. 21 приведена стоимость крепления туннелей 1 м в рублях. Данные таблицы получены в результате хронометражных на­ блюдений, проведенных институтом Оргэнергострой, и подсчетов,

59

Рис. 18. Зависимость величины затрат на крепление и поддержание 1 м вы­ работок от срока их службы [56]:

1 — деревянная крепь;

2 — металлическая крепь;

3 — монолитный бетон;

4 — крепь из железобетонных стоек и металлических арок;

«5— арочная железобетонная крепь; 6 — металлическая анкерная крепь; 7 — крепь из набрызгбетона

выполненных институтом Гидроспецпроект. Из таблицы следует, что применение анкерной крепи и набрызгбетона оказывается в несколько раз дешевле применения монолитной железобетонной или металли­ ческой арочной крепи. В таблице не учтено, что использование анкерной крепи позволяет уменьшить площадь поперечного сечения туннеля на 3—4 м2, что дополнительно уменьшает стоимость 1 м3 выработки на 0,4—0,8 руб.

Затраты труда на аркерную и набрызгбетонную крепь также зна­ чительно ниже, чем на крепь из металлических арок или монолитного железобетона. Затраты труда, по данным института Оргэнергострой, на 1 м туннеля площадью 80 м2 при установке различных видов крепи следующие (чел-дней):

60

Рис. 19. График для определения об­ ласти применения различных типов крепи:

I — поэлементное раскрытие вы­ работки;

I I — арочная крепь;

I I I — анкерная и набрызгбетонная крепи;

/V — без крепи;

О— незакрепленные выработки;

Эти технико-экономические показатели подтверждают целесооб­ разность применения анкерной и набрызгбетонной крепи там, где

быть установлен лишь после детальных проработок.

Приведенный график позволяет на стадии предварительного про­ ектирования определить требуемый тип крепи для заданных катего­ рий породы и пролета выработки. График, естественно, не дает точ­ ного решения задачи, но с его помощью можно выявить участки выработок, инженерно-геологические условия которых позволяют полностью отказаться от крепи или применить анкерную и набрызгбетонную крепи. Комбинированная крепь может быть рекомендо­ вана в условиях, отвечающим верхней границе области III на гра­ фике. Окончательное решение о выборе того или иного типа крепи большепролетной выработки может быть принято с учетом способа ее проходки после соответствующих модельных и натурных исследо­ ваний. Такие исследования особенно необходимы в условиях, отве­ чающих пограничным областям на графике.

§5. Конструкции крепи из предварительно-напряженных анкеров

Вотличие от обычной анкерной крепи, вступающей в работу лишь после появления в скальном массиве каких-либо деформаций, крепь

сприменением предварительно-напряженных анкеров предупреждает возникновение этих деформаций и вовлекает породу в активную работу сразу же после натяжения анкеров. Крепь с применением

61

предварительно напряженных анкеров позволяет создать вокруг всей выработки или ее части несущую обжатую породную зону, вос­ принимающую нагрузки и препятствующие любым подвижкам породы в пределах области горного массива, примыкающей к выра­ ботке.

Применение предварительно-напряженных тяжей в строительстве известно давно, однако в подземных сооружениях крепь из предвари­ тельно напряженных анкеров стали использовать лишь последние примерно 10 лет, причем с каждым годом область применения этого прогрессивного типа крепи расширяется.

Анкера из пучка высокопрочных проволок. Анкер представляет собой пучок, состоящий обычно из 18—34 проволок диаметром до

VSL.

Проволоки заданной длины размещают вокруг трубки для нагне­ тания цементного раствора в скважину. Диаметр скважины 85— 115 мм. Проволоки, уложенные по отдельности или в виде несколь­ ких прядей вокруг трубки, привязаны к ней через 60—100 см по длине анкера. С одного конца проволоки собирают в натяжное устройство с конусным зажимом, в торце которого оставлено отвер­ стие для нагнетания раствора в скважину. К этому отверстию примы­ кает трубка анкера с размещенными вокруг нее проволоками. Для защиты от соприкосновения с раствором проволоки на заданную длину от натяжного устройства изолируют битумом и обвязывают парусиновой лентой, пропитанной битумным составом. Эта часть длины анкера обычно защищена снаружи полиэтиленовой трубкой — оболочкой.

Заанкериваемая часть проволок диной 3—4 м, не имеющая об­ мазки, чехла и защитной трубки, несколько расширена. Для этой цели между проволоками и центральной трубкой через каждые 60 см поочередно устанавливают распорки и схватки. При вводе анкера в скважину в нее закладывают два гибких шланга — для цементи­ рования и отвода воздуха. Затем в устье устраивают цементную пробку.

После первичной инъекции через центральную трубку заанкери­ ваемая часть оказывается прочно связанной со скалой, а в остальной изолированной части анкера остается возможность свободного пере­ мещения проволок в процессе их натяжения. После затвердевания раствора производят натяжение анкера с помощью гидродомкрата. Затем домкрат снимается, при этом натяжное устройство с помощью специальных стальных прокладок через бетонный блок или подго­ товку упирается в скалу и порода включается в работу. В последнюю очередь через короткий шланг производят вторичную инъекцию раствора в зазор между чехлом и защитной трубкой.

Характерная последовательность выполнения операций при уста­ новке анкера показана на рис. 21.

62