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

т — 9192

qx и q2 — интенсивность соответственно вертикальной и горизон­ тальной равномерно распределенных нагрузок.

Для некоторых частных случаев уравнение (70) можно упростить. 1. Если нагрузка направлена радиально к оси свода, принимая

qx = д2 и т[ = 1, получим

- у2+ { ж , + ^ ) у - х2-

сводовой части для окружности или параболы весьма несущественна, для подъемистых сводов = 2^ эта разность доходит до 18%.

Учитывая это, в тех условиях, когда можно гарантировать наличие только вертикальной равномерно распределенной нагрузки на свод, очертание его целесообразно выполнять по уравнению параболы. В большинстве же случаев очертание оси сводов большого пролета следует принимать по круговой кривой, как более удобной по усло­ виям производства работ.

Выбор способа укрепления горной породы. Обычно прочность ненарушенной скальной породы значительно превышает прочность установленной крепи. Поэтому при проходке выработок необходимо прежде всего стремиться к сохранению первоначального состояния горной породы, к укреплению и омоноличиванию слабых участков окружающего массива, чтобы не допустить чрезмерных деформаций, разуплотнения и потери несущей способности примыкающей к выра­ ботке несущей части породы. Кроме того, для повышения устойчи­ вости сооружения необходимо так укрепить окружающую породу,

92

чтобы она сама смогла выполнять роль строительного материала и основной несущей конструкции, т. е. создать вокруг выработки несущий породный свод, воспринимающий основные нагрузки как от собственного веса, так и от веса вышележащей породы. В этом случае внутренняя облицовка имеет второстепенное значение, лишь повышая устойчивость породного свода.

В необлицованных туннелях, залегающих в крепких монолитных

на внутреннем контуре и воспринимает основные нагрузки от соб­ ственного веса. В остальных случаях внутренняя граница естествен­ ного свода сдвигается в глубь массива, а разрыхленная порода между контуром выработки и естественным сводом давит на крепь и подлежит упрочнению для уменьшения нагрузок и осадок контура.

На рис. 34, а схематически показаны линии главных напряжений, имеющиеся в массиве до вскрытия выработки, на рис. 34, б — после разработки выработки [80]. Внутренняя граница естественного свода обозначена толстой линией. Области, заштрихованные горизонтально, растянуты, порода в них не имеет возможности сопротивляться внеш­ ним усилиям и оказывает давление на крепь. На боковых стенках концентрации напряжений могут привести к отслоению и сдвигам породы в сторону выработки.

При строительстве подземного сооружения задача состоит в укреп­ лении породы внутри области, ограниченной толстой линией, т. е. в приближении естественного свода к контуру выработки и включе­ нии его в активную работу.

В механизме работы такого свода одна из главных задач возла­ гается на способ укрепления горной породы. Как уже отмечалось, над выработкой в процессе ее проходки образуется зона нарушенной породы (см. § 3), поэтому в своде в первую очередь должны быть при­ няты меры к укреплению именно этой зоны. В стенах выработки сле­ дует возвести такую крепь, которая распространит усилия в глубь массива, увеличив площадь, воспринимающую нагрузку. Во всёх слу­ чаях, крепь необходимо устанавливать быстро, непосредственно вслед за проходкой, чтобы практически не возникало изменения в окружающей породе после вскрытия выработки, чтобы не дать раз­ виться области неупругих деформаций и чтобы естественный породный

93

свод быстрее вступил в работу, т. е. «крепь должна быть подста­ влена под породу таким образом, чтобы сама порода этого не заме­ тила» [80]. Необходимо отметить, однако, что в особых случаях это правило не оправдывается (см. например, гл. IV — новоавстрийский способ проходки), т. е. постоянную крепь оказывается целесообраз­ ным установить после того, как основные осадки по контуру произо­ шли и массив над выработкой оказался разгруженным.

Меры по укреплению породы, восстанавливающие первоначаль­ ное до вскрытия выработки, напряженное состояние горного массива, могут быть осуществлены как до начала проходки, так и во время проходки.

Следует отметить, что искусственное повышение прочности рых­ лых пород применяется сравнительно давно. Принцип действия его сводится в основном к двум механизмам: увеличению контактной поверхности в скелете зерна рыхлой породы; увеличению сил связи в рыхлой породе. Это достигается отводом воды, введением связыва­ ющего средства или комбинацией этих методов.

Важнейшими способами стабилизации и упрочнения массива являются:

введение в породу инъекцией под давлением таких связок как цемент, известь, химические растворы, пластмассы, битумы, суспен­ зии глины и т. п.;

обезвоживание за счет дренажа, электроосмоса и др.; замораживание и другие физические методы.

Известно, что, например, цементный раствор практически пол­ ностью заполняет все открытые швы и трещины. Раствор после за­ твердения сцепляется с поверхностью раздробленной породы и прочно соединяется с ней. Из зон разрыхления, в которых порода находится в неустойчивом состоянии, образуется плотный и прочный материал, способный передать нагрузку и оказать сопротивление внешним уси­ лиям. Давление цементации и состав раствора регулируются, что позволяет распространить цементный или другой раствор на задан­ ную глубину в массив.

В качестве тампонажного материала могут быть применены, на­ пример, цементный раствор, цементный раствор с жидким стеклом или с добавкой мочевиноформальдегидной смолы МФ-17 и др. По­ этому к мерам укрепления породы до вскрытия выработки могут быть отнесены, например, дренирование окружающего массива, цемента­ ция через глубокие скважины всего массива, в котором размещается подземное сооружение, установка глубоких анкеров, особенно на портальных участках, и др.

Главные мероприятия по укреплению и упрочнению горной по­ роды, созданию несущего породного свода вокруг выработки и вовле­ чению породы в работу конструкции должны быть применены в про­ цессе строительства подземного сооружения. Здесь могут быть исполь­ зованы как методы химического укрепления грунта и цементации, приведенные выше, так и установка анкерной, набрызгбетонной и дру­ гих видов крепи и их сочетание, применение глубоких предвари­

94

тельно-напряженных анкеров, устройство крепей, передающих вну­ тренний напор жидкости или газа на породу или обжатых в породу.

Основное значение в укреплении породы вокруг выработки отво­ дится анкерной крепи и набрызгбетону, т. е. таким видам крепи, ко­ торые в соответствующих инженерно-геологических условиях, омоноличивая окружающую породу, скрепляют отдельные блоки и слои, повышают ее прочностные свойства, уменьшают анизотропию мас­ сива, а главное создают породно-анкерный несущий свод, который вступает в работу непосредственно над подземной выработкой и уменьшает деформации контура. Кроме того, анкерную и набрызг- ■бетонную крепи обычно не удаляют при возведении постоянной крепи. Они являются ее составными частями. Демонтаж временной крепи перед установкой постоянной крепи, как правило, наряду с повыше­ нием опасности для работающих, приводит к увеличению деформа­ ций контура выработки и возрастанию нагрузок на подземную кон­ струкцию.

Интересным примером применения анкеров для создания сжатой напряженной зоны в горной породе может служить проходка двух транспортных туннелей в мергелях [102, 108]. По проекту туннели должны были располагаться на расстоянии, достаточном для того, чтобы нагрузки, действующие на каждый туннель, не на­ кладывались. Это расстояние а по расчету определилось равным

а Sa 4D,

где D — диаметр туннеля.

Между темно условиям застройки поверхности и подъездов ока­ залось выгодным сблизить туннели. Для этого между туннелями была пройдена штольня и из нее вверх пробурены и установлены предварительно-напряженные анкера глубиной 15 м. Таким образом образовался породный обжатый клин, создающий центральную опору, препятствующую перераспределению нагрузки над обоими туннелями

иее увеличению (рис. 35).

Выбор метода производства работ. При буровзрывном методе

ведения работ наиболее действенным средством уменьшения наруше­ ния приконтурного слоя породы является технология контурного взрывания. Относительное уменьшение глубины зоны нарушенной породы в зависимости от типа ВВ и конструкции контурных зарядов характеризуется следующими данными:

95