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

Обуривание забоя осуществляли 16 колонковыми перфораторами, смонтированными на трехъярусной передвижной буровой раме. В забое размещалось 150 шпуров средней глубиной 4 м, подвигание забоя за взрыв 3,6 м. Шпуры под анкера на глубину 1,5 м бурили

стой же рамы четырьмя ручными перфораторами. Установку анкеров

инавеску сетки выполняли также с верхней площадки рамы. На от­

дельных участках туннеля монтировали металлическую арочную крепь. Погрузка породы осуществлялась двумя машинами «Конвей» с ковшом емкостью 1 м3 в вагонетки емкостью 4,3 м3. Погрузочно­ транспортное оборудование располагалось на специальном скользя­ щем настиле длиной 137 м. Работы по проходке участка туннеля длиной 8,5 км с одного забоя вели с 1964 по 1968 г. (в течение 56 месяцев) равномерно со средней скоростью за весь период строи­ тельства 150 м/мес. Ежесуточно осуществлялось два цикла, в от­ дельные дни число циклов доходило до четырех, а скорость проходки достигала 13—14 м/сут.

Характерен также пример проходки выработки Нурекской ГЭС в породах средней крепости. В поперечном сечении выработка имеет трапецеидальное очертание с криволинейным сводом. Высота 7,6 м, ширина от 23 (по почве) до 26 м (по пятам свода). Участок длиной около 100 м расположен в крупнозернистых песчаниках с прослоями алевролитов на карбонатно-глинистом цементе. В от­ дельных местах породы нарушены и имеют зоны сильно перемятых алевролитов с повышенной густотой трещин напластования. В зонах контактов есть выходы воды с расходом до 7 м3/ч.

В соответствии с указаниями СНиП ІІІ-И. 2—62 и на основании имеющегося опыта, подземные выработки при пролете более 20 м проходят с поэлементным раскрытием профиля, поэтому в проекте был заложен штольневой метод. При этом продолжительность строительства описываемого участка составляла 10 месяцев, а стои­ мость работ — около 260 тыс. руб.

На основании результатов проведенного институтом Оргэнергострой и трестом Гидроспецстрой комплекса натурных исследований (определение несущей способности железобетонных анкеров в раз­ личном возрасте и при разных расстояниях от места взрыва зарядов, исследование перемещений породы с помощью деформометров и на основании маркшейдерских замеров, определение деформаций в мас­ сиве с использованием замоноличенных в шпурах гетинаксовых цилиндров с тензодатчиками, измерение ультразвуковым методом глубины нарушенной зоны породы над выработкой) была осуще­ ствлена проходка этой выработки сплошным забоем [6].

Работы вели по следующим этапам — проходка центральной части шириной 13—15 м на длину 3 м с креплением кровли анкерами глубиной 3 м, доборка боковых частей до полного пролета, крепле­ ние этих частей анкерами и навеска сетки. После двух таких заходок по 3 м проходку останавливали и производили бетонирование на полный пролет на длину 6 м. Участок длиной 3 м, примыкающий к забою, оставляли все время незабетонированным, что позволяло

154

обуривать забой для следующей заходки. В дальнейшем цикл по­ вторяли.

Шпуры бурили с применением установок СБУ-2 с удлиненными манипуляторами, погрузку породы осуществляли экскаваторами ЭП-1 в автосамосвалы МАЗ-205. Анкера устанавливали с площадки, оборудованной на автопогрузчике.

Сооружение этой выработки заняло 6 месяцев, стоимость работ составила 165 тыс. руб.

Проходка сплошным забоем с жесткой крепью

Металлическая арочная крепь. В нарушенных породах средней крепости, не оказывающих горного давления в течение нескольких смен, независимо от длины и площади поперечного сечения выра­ ботки может найти применение способ проходки с использованием выдвижных подхватов. Подхваты обычно применяют при монтаже металлической арочной крепи, описываемый же способ позволяет использовать подхваты и при разработке забоя.

Выработку закрепляют металлической многоугольной крепью на каждой заходке. Крепежная рама или арка состоит из несколь­ ких косяков и двух вертикальных стоек. Косяки соединяют между собой и со стойками приваренными торцовыми накладками и болтами. Рамы устанавливают на расстоянии примерно 1 м одна от другой, продольная жесткость их обеспечивается металлическими уголко­ выми распорками.

Кровлю и бока выработки закрепляют затяжкой или покрывают набрызгбетоном. К трем ближайшим от забоя полностью собранным рамам на съемных или сварных хомутах, прикрепленных к косякам крепи, подвешивают выдвижные подхваты из металлических балок двутаврового профиля. Во время установки новой крепежной рамы ее элементы поддерживают на консольной части подхватов. На каж­ дый косяк приходится один-два подхвата, которые закрепляют в хо­ мутах металлическими клиньями, удаляемыми при выдвижении подхватов [41].

Проходка туннеля ведется в следующем порядке. В первую очередь с буровых подмостей разрабатывают верхнюю часть забоя по отдельным участкам и устанавливают элементы крепи, при этом косяки поддерживаются выдвижными подхватами. Размер каждого участка выбирают в зависимости от состояния кровли, глубина заходки не превышает 1,5 м. Разработку нияшей части и подведение вертикальных стоек осуществляют под защитой закрепленной кровли, удерживаемой арками на подхватах.

Такой способ проходки был впервые применен в 1957—1960 гг. на строительстве туннелей Атарбекянской и Ереванской ГЭС, что позволило повысить темпы работ в этих туннелях примерно в 1,5 раза и снизить стоимость проходки на 15%. Описываемый способ при­ меняется и при строительстве гидротехнических туннелей в Бол­ гарской Народной Республике [116].

155

Интересно заметить, что проходку в 1963—1964 гг. автодорож­ ного туннеля Аллегейни в США фирмой Меррит-Чепмен энд Скотт Корпорейшн осуществляли ступенчатым забоем с металлической арочной крепью и восьмью выдвижными продольными подхватами из двутавровых балок [53]. Метод проходки и конструкция под­ хватов аналогичны описанным выше. Опыт США также подтверждает высокую эффективность метода проходки туннелей сплошным забоем

сприменением металлической арочной крепи и выдвижных подхватов

внарушенных породах средней крепости.

Чтобы избежать необходимости поэлементного раскрытия сече­ ния с поэтапным возведением арочной крепи в нарушенных породах, при отсутствии односторонних нагрузок возможно применение опе­ режающих анкеров в сочетании с металлическими арками. Для этого по контуру выработки примерно через каждые 0,5 м бурят гори­ зонтальные шпуры на глубину 2—4 м параллельно оси туннеля. Эти шпуры заполняют цементно-песчаным раствором и в них вста­ вляют штанги из арматуры периодического профиля. Концы штанг приваривают к металлической арочной крепи, устанавливаемой вплотную к забою. Подвигание забоя после взрыва, таким образом, осуществляется под прикрытием опережающей крепи, причем концы анкеров, уходящие в массив, заделаны в него не менее чем на 0,5— 1 м. После взрыва и уборки породы под защитой штанг монтируют арочную крепь и начинают подготовку к следующей заходке. В Со­ ветском Союзе этот метод был применен Гидроспецстроем при про­ ходке нарушенных зон в туннеле Арпа-Севан.

На рис. 64 показана схема крепления камеры подземного ма­ шинного зала ГЭС Торрехон в Испании с применением опережающих анкеров и металлических арок. Глубина заходок составляла 2— 2,5 м, длина опережающих анкеров была равна 8—10 м, причем концы анкера, заделываемые в массив, имели длину от 1 до 2 м. Следом за проходкой бетонировали свод, а при отставании бетона от забоя породу с опережающими анкерами и стальными попереч­ ными арочными подхватами покрывали набрызгбетоном.

При строительстве одного из транспортных туннелей в США пролетом 10 м применяли опережающие анкера длиной 9 м на рас­ стоянии 45 см друг от друга. Анкера устанавливали по своду вы­ работки в скважины, пробуриваемые вдоль туннеля через отверстия в стенке двутавровых балок арочной крепи, арки располагали с шагом 60—120 м по длине туннеля [121].

Бетонная крепь (метод Бернольда). Начиная примерно с 1968 г. в Швейцарии и ряде других стран при проходке туннелей сплошным забоем в нарушенных породах начали применять патентованную систему крепления, названную креплением по методу Бернольда [43, 83]. Принцип этой системы состоит в возведении жесткой арми­ рованной бетонной крепи (обычно толщиной 20—30 см) вслед за проходкой забоя с применением специальных опалубочно-арматур­ ных щитов различных размеров и форм (рис. 65). Эти щиты размером примерно 1 X 1,2 м представляют собой тонкую (1; 2 и 3 мм, массой

156

в- в 3

Рис. 64. Схема крепления камеры е применением опережающих анкеров:

1 — арматурные стержни диаметром 30—40 мм, закладываемые в незаряженные шпуры предварительного щелеобразования диаметром 57—64 мм; 2 — стальные подхваты; 3 — анкера, удерживающие подхваты; 4 — заряжаемые шпуры предвари­ тельного щелеобразования при контурном взрывании

от И до 33 кг каждый) и гибкую перфорированную металлическую конструкцию. Щиты закладывают за монтажные арки (кружала) и^соединяют между собой внахлестку с помощью тяг. Монтажных арок-кружал обычно бывает не более 6—12 на каждый забой.

Пластичная бетонная смесь (водоцементное отношение 0,40— 0,45), подаваемая бетононасосом или пневмобетоноукладчиком, за­ полняет пространство между опалубочными щитами и породой, причем щиты начинают работать в качестве арматуры. Бетонирование ведется по сечению в направлении снизу вверх по мере установки Щитов. В процессе вибрирования бетонная смесь проникает через

157

Рис. (iß. Туннель, закрепленный по методу Бернольда: а — общий вид; б — деталь крепления

158

отверстия в щитах и омоноличивает конструкцию (рис. 66). В ка­ честве антикоррозийной защиты осуществляют торкретирование поверхности щитов после окончания бетонирования. Торцовую опа­ лубку выполняют из щитов аналогичного типа. После затвердевания бетонной смеси (через 1,5—2 суток или ранее при применении уско­ рителей твердения) монтажные арки передвигают вперед, причем каждые 2—3 арки соединены в единую конструкцию и после раскружаливания перемещаются на тележках без их демонтажа.

В слабых породах после взрыва одновременно с погрузкой породы можно производить предварительное покрытие кровли тонким слоем набрызгбетона, а затем бетонирование сводчатой части выработки, при этом монтажные арки, поддерживающие щиты опираются на выдвижные подхваты. После окончания погрузки подводят боковые стойки монтажных арок, за них закладывают опалубочные щиты и осуществляют бетонирование стен выработки. Возможно при­ менение также двойной оболочки из щитов Бернольда.

Описываемый метод получил уже достаточно широкое распро­ странение. В частности, в 1971 г. начато строительство четырех автодорожных туннелей пролетом 7,8 м и общей длиной 3,6 км на участке шоссе вдоль Женевского озера. Работу вели в трещиноватых осадочных породах способом сплошного забоя с использованием крепления по методу Бернольда. Кроме того, этот способ применен в Сен-Готардском туннеле, в котором до 1972 г. было уже забетони­ ровано 25 тыс. м2 туннеля. Этим методом в Швейцарии были закреп­ лены туннели специального назначения площадью до 120 м2, желез­ нодорожный туннель площадью 106 м2 длиной 3 км и другие тун­ нели. К началу 1973 г., т. е. примерно за 5 лет метод был применен в 12 странах при строительстве 67 туннелей общей длиной 24 км. Намечается использование его в ближайшие годы в подземных вы­ работках общей длиной около 200 км.

К основному преимуществу проходки туннелей с креплением по системе Бернольда относится возможность быстрого создания ин­ дустриальной несущей монолитной армированной бетонной крепи немедленно вслед за продвиганием забоя. Это позволяет в сочетании с выдвижными подхватами разработать туннель сплошным сечением даже в весьма слабых породах, устойчивое состояние которых

159