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

/ . Г л у б и н а а н к е р а Ю м

Рис. 56. Конструкции измерительных анкеров:

а — с применением тензодатчиков; 6 — с применением деформометров;

4— опорная гайка;

5— тензодатчики;

в— бетонная подготовка;

7— слой набрызгбетона; s — деформометр

угольным институтом и применена в условиях шахт комбината Ростовуголь [35]. Репер представляет собой вставленную в шпур кон­ струкцию, состоящую из втулок, металлических и прорезиненных шайб, которые служат для раскрепления репера в шпуре. Каждый глубинный репер имеет самостоятельный вывод к устью шпура из гибкого провода диаметром 0,6—0,8 мм. В шпуре, пробуренном на глубину 2—3 м, может быть установлено от 3 до 10 глубинных реперов, конструкция их позволяет пропуск провода от вышерасположенных реперов. Измерение величины смещения глубинных реперов производят рулеткой от гибкой горизонтальной нити, на­ тянутой между стенками выработки, или от контурных реперов закладываемых в почве выработки на одной вертикальной линии. Примерно аналогичные репера конструкции ДонУГИ, МГИ, Дне пропетровского горного института применяют для замеров смещения

из-за неудобства организации инструментальных наблюдений.

На рис. 56 показана характерная простейшая конструкция из­ мерительного анкера. Удлинение его в результате перемещения породного массива вокруг выработки фиксируется датчиками или деформометром, установленном на свободном конце анкера.

При строительстве ряда крупных камер были применены дефор­ мометры, позволяющие регистрировать продольные и поперечные

140

деформации в массиве на глу­ бине до 50 м от устья скважины. Конструкции этих деформометров (с проволочными или фоль­ говыми, струнными, потенцио­ метрическими, индуктивными, электрогидравлическими и дру­ гими типами датчиков) описаны

в работах [28, 84, 105, 108 и

ДР-]Интересен. пример проведе- © /гттаявб.Л*и ' ния комплексных натурных исследований для оценки ус­ тойчивости подземной камеры ГАЭС Ропковалъгранде [73, 108], схема крепления которой была показана на рис. 23.

Врайоне камеры до начала

еестроительства были пробу­ рены 32 скважины общей дли­ ной 4 км и на каждые 10 м глу­ бины проведены измерения ско­ рости распространения сейс­ мических волн, а затем в сква­ жинах был осуществлен деталь­

роды домкратами. Испытания показали, что порода обладает ярко выраженной анизотропией, так как величина модуля деформации со­

личие в величинах бытовых напряжений вызваны действием текто­ нических сил.

В ходе строительства были установлены 10 экстензометров (деформометров) в скважинах с головками, расположенными на рас­ стоянии от устья 1,5; 4,8; 12; 16; 25; 37 и 50 м.

На рис. 57 показана одна из эпюр деформаций горного массива на одном из этапов разработки камеры. Цифры, приведенные вдоль

141

Рис. 58. Диаграмма деформаций породы во времени (по отдельным экстензометрам)

каждой скважины, указывают на величину смещения головки по отношению к самой глубокой, принимаемой за неподвижную. В то время как в конце 1969 г. осадка в замке свода достигла почти своего максимума — 10,0 мм (экстензометр 1), смещение у пят было менее заметным — с одной стороны 9,2 мм (экстензометр 3), а с другой 0,2 мм (экстензометр 2). Экстензометр 9 на стенке камеры зафикси­ ровал первые смещения породы, когда проходка велась на 6 м выше уровня прибора. По мере проходки смещение увеличилось и, когда горизонт разработки опустился на 5 м ниже уровня прибора, до­ стигло 26,1 мм. Столь высока деформация объясняется отслоением породы в торце камеры.

На рис. 58 показаны временные диаграммы перемещений по раз­ личным экстензометрам. Можно заметить стабилизацию деформа­ ций, начиная с определенного времени. Аналогичное положение прослеживается и на других выработках [110 и др.].

Диаграмма перемещения участка стены в течение двух месяцев в японской камере Кисеняма пролетом 25,6 м, длиной 60 м и высотой 51 м показана на рис. 59, а (см. рис. 39). Перемещение одной из стен, расположенной в более слабой породе, внутрь выработки со-

142

б

Рис. 59. Диаграммы перемещения участка стены крупной камеры и конструкции усиления крепи стены

ставило до 40 мм, пришлось остановить разработку породы и принять меры к усилению крепи (рис. 59, б), после чего деформации прекра­ тились.

В ходе проектирования подземного машинного зала гидроакку­ мулирующей станции Валъдек I I (см. рис. 26) была проведена де­ тальная инженерно-геологическая разведка. В частности, пройдено 1300 м штолен и 1500 м скважин общей стоимостью 1,9 млн. марок ФРГ. В ходе разведочных работ была сооружена опытная камерная выработка (см. рис. 53).

На основании результатов инженерно-геологических изысканий был выполнен расчет напряженного состояния массива вокруг вы­ работки методом конечных элементов. Кроме того, выполнены ис­ следования на ряде моделей из оптически активных материалов из однородных и составных пластин.

Наряду с этим было установлено, что несмотря на цикл иссле­ дований, проведенных в опытной камерной выработке, распростра­ нить результаты на основное сооружение не представляется возмож­ ным. Это связано как с сопоставительными размерами (рис. 60), так и с тем обстоятельством, что инженерно-геологические условия не одинаковы по длине основной камеры. Кроме того, пришли к вы­ воду, что точный расчет устойчивости крупной выработки в неод­ нородных относительно слабых породах в настоящее время невозмо­ жен из-за недостаточной достоверности исходных данных.

143

В сооружаемой камере машинного зала установлено 46 экстензометров длиной 35—40 м с применением измерительных головок, состоящих из индуктивных датчиков. Измерения деформаций про­ водились на глубине 1, 5, 10, 25 и 40 м от внутренней поверхности камеры. Было определено, что влияние выработки распространяется в обе стороны примерно на величину ее пролета, а затем существенно ослабевает.

Деформации стен и свода контролировались приборами, устано­ вленными в упорных головках предварительно-напряженных анке­

Рис. 60. Сопоставление размеров под­ земного маш инного зала и опытной камеры:

1 — подземный машинный зал пло­ щадью 1390 м2;

2 — опытная камера площадью 90 м2

втечение 5 лет, основная задача его — своевременное принятие мер к усилению крепи, в частности к сокращению шага анкеров.

Приведенные примеры измерения деформаций контура выработки показывают на чрезвычайную важность подобных работ, особенно для выработок большого поперечного сечения. Эти замеры позволяют оперативно принять правильное решение по укреплению выработки, усилению ее устойчивости и откорректировать принятые в проекте способы раскрытия поперечного сечения и способы производства подземных работ.

Винституте Оргэнергострой в течение ряда лет ведутся работы

внатуре по изучению деформаций породы и крепей, особенно анкер­ ной и набрызгбетонной, в выработках большого сечения.

Контроль за деформациями закрепленных выработок в скальных породах производили с помощью различных приборов, сопоставле­ ние данных которых показало, что достаточно надежными являются индикаторные и реостатные штанговые датчики, репера конструкции СибЦНИИС, индикаторные штанги и глубинные тензометры кон­ струкции института Оргэнергостроя, деформометры конструкции ЦНИИС и некоторые другие приборы.

144

Вставляемая в шпур, заполненный цементным раствором, инди­ каторная штанга, как упоминалось выше, с наклеенными на нее на различных расстояниях тензодатчиками работает как железобетон­ ный анкер.

Глубинные тензометры выполнены в виде гетинаксовых цилинд­ ров, внутри которых находится проволочный тензодатчик. Тензо­ метры, устанавливаемые на различной глубине в шпуры, заполнен­ ные цементным раствором, определяют радиальные деформации, возникающие в закрепленном массиве.

Индикаторные и реостатные штанговые датчики для определения подвижек и смещения кровли и стен выработки устанавливают на обычный клиновой анкер и подвижной втулкой опирают о породу. Перемещения породы на контуре выработки замеряют стрелочным индикатором или потенциометром, при этом замок анкера считается неподвижным.

Деформометры предназначены для измерения расстояния между двумя заанкеренными в породу маяками. База деформометров 600 мм, цена деления индикаторной головки 10 мк. Такие деформометры применяли для определения величины закрытия или раскрытия трещин в породе по контуру выработки.

Кроме этих приборов использовали цементные маяки по трещинам для выявления значительных подвижек, развития их во времени и предотвращения вывалов, а также использовали результаты марк­ шейдерских замеров по выборочным анкерам за осадкой кровли.

Наиболее детальные исследования были проведены в скальных породах в туннелях Токтогульской ГЭС (строительный и подходные туннели), Нурекской ГЭС (камерный участок II строительного тун­ неля, III транспортный туннель), Чарвакской ГЭС (напорные во­ доводы, подходные выработки к ним). Эти исследования показали, что просадка кровли, закрепленной анкерами, по абсолютной вели­ чине не превышает нескольких миллиметров и так же, как показано на рис. 58, со временем стабилизируется.

На рис. 61 показаны диаграммы деформаций породы на кровле выработки в III транспортном туннеле Нурекской ГЭС. Высота тун­ неля 7,7 м, ширина 12,8 м, залегает он в песчаниках и алевролитах. Замеры проведены на участке, находящемся на расстоянии от 160 До 180 м от портала. При сравнении абсолютных деформаций породы в закрепленной анкерами и незакрепленной частях туннеля можно сделать вывод, что при использовании анкерной крепи деформации уменьшаются на 30—50%. При определении деформаций на контуре выработки с покрытием из набрызгбетона установлено, что деформа­ ции стабилизируются в первый период после вскрытия выработки, в то же время появление деформаций в набрызгбетоне свидетельст­ вует о том, что покрытие включилось в статическую работу совместно с породой.

Натурные исследования проводили при различных видах времен­ ной крепи (анкерная, набрызгбетонная, металлическая арочная), установленной в одних и тех же условиях. Существенной разницы