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

Основным достоинством использования контурной прорези при проходке верхней части выработки является относительная без­ опасность работ и большая устойчивость крепи при минимальной высоте закрепляемого пространства. Следует, однако, отметить, что при разработке отдельных каллот возникает сложность в орга­ низации выдачи породы по направляющим ходам с различных од­ новременно разрабатываемых участков и выдачи бетона на другие участки. Кроме того, наличие большого количества вспомогательных

выработок малого объема не позволяет механизировать в полной мере процессы до окончания бетонирования всего свода. Сложно также обеспечить проектный контур по своду выработки в процессе производства буровзрывных работ.

Способ опертого свода с применением контурной прорези про­ иллюстрируем примером проходки двух туннелей в Индии диаметром по 11 м, длиной 555 и 713 м.

Туннели располагались в выветривающихся нарушенных сло­ истых песчаниках и глинистых сланцах, которые на большей части трассы сохраняли устойчивость после вскрытия забоя на время не более 3—4 ч.

Схема разработки туннеля показана на рис. 78. В первую оче­ редь проходили верхнюю штольню 1 шириной 2,4 м, затем боковые штольни 2 размером 1,8 X 1,8 м. В боковых штольнях устанавли­ вали элементы опорных балок арочной крепи из двутавров высотой 300 мм и шириной 125 мм. Эти элементы укладывали на металличе­ ские плиты размером 600 X 600 мм, толщиной 20 мм. Плиты и опор­ ные балки бетонировали. Далее штольни 1 и 2 соединяли между собой прорезями 3, в которых через каждые 60 см монтировали арочную крепь, соединяя ее с опорными балками. Отставание крепи от забоя прорезей допускали не более 1,2 м, а на благоприятных участках — до 3,6 м. Арки целиком обетонировали, на отдельных участках бетон поднимали на высоту только 2,4 м.

После закрепления кровли на длину 60 м участками по 3 м взрывали заряды в уступе 4, затем работы по проходке верхней части сечения туннеля продолжали в том же порядке.

183

Нижний уступ разрабатывали в две стадии. Вначале проходили среднюю часть уступа 5 участками длиной до 15 м, затем разрабаты­ вали боковые штроссы 6 и замыкали арочную крепь. Все соединения элементов крепи обваривали.

Уборку породы на верхнем уступе вели погрузочными машинами «Эймко-630» в думперы, на нижнем уступе был применен погрузчик типа «Катерпиллер» на гусеничном ходу с ковшом емкостью 1,5 м3.

из монолитного бетона по всему периметру выработки. Для этой цели вначале был забетонирован обратный свод и засыпан породой, которая использовалась как опора для путей передвижной опалубки. Работы по строительству туннелей были закончены в 1970 г.

§ 14. Способ опорного ядра

Выработки но этому способу сооружают в следующем порядке: проходят боковые штольни под стены; возводят стены; проходят верхнюю штольню; раскрывают калотты; возводят свод, опирающийся пятами на готовые стены; разрабатывают породное ядро. В ряде случаев по оси выработки устраивают нижнюю штольню, по ко­ торой осуществляют транспортирование породы при разработке боковых и верхней штолен.

Практикой установлено, что боковые штольни для возведения стен следует проходить на всю длину сооружаемого по способу опертого свода участка выработки. В случаях, когда для устройства стен предусматривается несколько ярусов боковых штолен, про­ ходку очередного верхнего яруса начинают только после окончания бетонирования нижележащей части стены и достижения бетоном определенной прочности. Пазухи между бетонной стеной и крепью штольни плотно забучивают.

Раскрытие калотты осуществляют кольцами по 4 м с интервалами в 2—3 кольца. В более благоприятных породах длину колец увели­ чивают до 10—15 м. После проходки такого кольца на этом участке возводят бетонный свод, а затем возобновляют проходку (без оста­ вления целиков).

Разработку опорного ядра (уступа) начинают после достижения бетоном свода проектной прочности.

Характерный пример применения способа опорного ядра при проходе в туннеле большого сечения показан на рис. 79. Способ опорного ядра с успехом применен в Японии на участках слабых пород при строительстве двухпутного железнодорожного туннеля, сданного в эксплуатацию в 1971 г. Этот туннель длиной 17 км, проходит в обводненных гранитах различной крепости, вплоть до раздробленных, пересеченных многочисленными тектоническими сбросами. Сечение туннеля подковообразное, в проходке имеет

184

размер 9,3 X 9,5 м. Скорость сооружения готового туннеля с бе­ тонной крепью составила в среднем около 700 м в год с каждого из 11 забоев.

Способ опорного ядра по описанной классической схеме весьма трудоемкий и дорогой, поэтому его применение целесообразно ограничивать в первую очередь короткими выработками или их участками (длиной до 300 м). В туннелях большого сечения этот способ обычно применяют в слабых породах (/ = 1 4-2), оказы­ вающих горное давление и не способных воспринять нагрузку от свода выработки.

Рис. 79. Применение способа опорного ядра при проходке туннеля:

I — I X — этапы разработки

Вместе с тем проходка туннелей по способу опорного ядра в слож­ ных инженерно-геологических условиях является наиболее на­ дежной по сравнению со всеми другими способами. При этом спо­ собе обеспечивается непрерывность бетонирования крепи в на­ правлении снизу вверх и достигается минимальная осадка кружал, опирающихся на центральное ядро.

Указанное выше ограничение по инженерно геологическим усло­ виям для применения способа опорного ядра не является очевидным для камерных выработок пролетом более 20 м. Для таких выработок, расположенных в сравнительно устойчивых породах средней крепости, способ опорного ядра оказывается конкурентоспособным с другими способами не только по обеспечению устойчивости выработки в про­ цессе ее строительства, но и по технико-экономическим показателям. Это вызвано тем, что способ опорного ядра, обеспечивая безопасность подземных работ в сложных условиях, позволяет осуществить разработку ядра — основного объема породы в камере — с помощью высокопроизводительных средств механизации буровзрывных и по­ грузочно-транспортных работ.

185

Рис. 80. Последовательность выполнения работ по строительству камеры в Италии способом опорного ядра:

I — X — этапы сооружения камеры

186

П л а н

На рис. 80 показана последовательность выполнения работ по строительству камеры в Италии способом опорного ядра. Высота этой камеры 27 м, ширина 30 м, длина 122 м, площадь поперечного сечения около 500 м2, объем скальной выломки 60 тыс. м3, а бе­ тонной крепи — 2,2 тыс. м3.

Еще в процессе изысканий в шелыге свода камеры была пройдена разведочная штольня, позволившая детально оценить состояние породы. Разработку камеры начали с проходки двух нижних боковых штолен площадью по 15—20 м2 (этап /). Затем отдельными кольцами с оставлением целиков из этих штолен вверх проходили выработки вдоль обеих стен (этапы I I —IV). С определенной высоты было начато бетонирование стен (этап V). Боковые кольцевые выработки смыкали в вершине свода, причем породу при этом размещали между бетонными стенами и основным ядром (этап VI) с тем, чтобы позднее ее можно было убрать при разработке ядра. На этапе VII показан процесс бетонирования верхней части свода в пределах кольцевой выработки с применением переставной опалубки.

После окончания возведения постоянной крепи из бетона но всей длине камеры (этап VIII) приступали к разработке опорного ядра высотой около 20 м скважинным методом (этапы I X и X). Разработка камеры и возведение постоянной крепи из бетона заняли примерно один год.

Описанный способ весьма характерен для подобных камерных выработок в Италии. Практикой установлено, что при больших пролетах в породах средней крепости этот способ обеспечивает полную безопасность подземных работ.

187

Разработка основного массива породы при способе опорного ядра производится методами, описанными выше. Кроме того, прак­ тикуется отработка ядра отдельными воронками. В этом случае блоки вокруг вертикальных воронок, соединяющих между собой гори­ зонты подходных выработок, разрабатывают постепенным расши­ рением воронок в виде ступенчатого конуса, направленного вершиной вниз. Размеры блоков в плане 15 X 15 или 20 X 20 м, а по высоте 15—20 м. В нижней части воронок устраивают затворы с тем, чтобы обеспечить магазинирование породы и организованный выпуск ее в вагонетки или автомашины, передвигающиеся по нижнему го­ ризонту. Такая разработка оказывается целесообразной преиму­ щественно при наличии вертикальных или наклонных подходов, препятствующих применению крупногабаритных погрузочных средств. Наличие целиков между воронками у их основания требует осторожного ведения буровзрывных работ при расширении нижних частей воронок, а также при обрушении нижних слоев на откаточные горизонты. Повышается также трудоемкость работ при устройстве воронок, их оборудовании затворами и расширении.

Разработку слоев породы можно осуществлять не только через центральные, но и через боковые воронки, которые устраивают для сооружения колонн подкрановых балок вдоль стен камеры. После бетонирования колонн такие воронки используют для сбра­ сывания породы, как это было сделано в подземных машинных залах Севанской ГЭС в Советском Союзе и Ампеццо в Италии.

Рассмотрим современные модификации способа опорного ядра на отдельных примерах.

Для строительства односводчатых станций полуциркульного очертания на метрополитене обычно применяют способ опорного ядра. В первую очередь проходят выработки для опор свода и бето­ нируют. Вслед за этим начинают разработку прорези для свода и возведение сборной напряженной крепи свода. После окончания работ по своду, экскаватором срабатывает основной уступ между опорами.

Таким образом была построена станция парижского метрополи­ тена «Этуаль» длиной 225 м, которую проходили в мергелях и га­ лечниках. Породу в прорези разрабатывали отбойными молотками заходками по 0,8 м. Кровля поддерживалась продольными метал­ лическими балками при расстоянии между ними 1 м. Одним концом балки опирались на последнюю уложенную арку, другим — за­ глублялись в породу. Скорость проходки прорези, устройства свода и его напряжения составила 20 м/мес. Примерно аналогичным образом также на парижском метрополитене возводили станцию «Обер».

Примером применения сквозной кольцевой щели вокруг выработ­ ки для установки постоянной крепи до начала разработки основного массива может служить строительство подземного машинного зала гидроаккумулирующей станции Онгрен (Вейто) в Швейцарии [118]. Породы представлены слоистыми известняками и сланцами с гли-

188

Рис. 81. Модифицированный способ опорного ядра при проходке круп­ ной выработки в крепких породах:

нистыми прослоями. На стадии изысканий было установлено, что при пролете выработки более 3,5 м породы переходят в неустойчи­ вое состояние, и необходимо применять крепь. Камера машинного зала имеет полуциркульное очертание, ширина 30 м, наибольшая

высота 27 м, длина 138 м, объем скальной выломки с походами

82 тыс. м3.

Вначале предполагали применить новоавстрийский метод про­ ходки камеры, от этого варианта отказались из-за большого пролета выработки и неоднородности пород. По принятой схеме работы вели в следующем порядке (рис. 81). В первую очередь были пройдены на всю длину камеры три галереи — штольни 1 на уровне горизонта подземных вод. Из этих штолен произвели цементацию породы под камерой для создания противофильтрационной завесы. Размеры штолен для облегчения конструкции крепи выбирали минимальными

189

по габаритным условиям пропуска буровых станков для создания цементационных и анкерных скважин диаметром 100—115 мм.

Из центральной штольни 1 были пройдены три восстающие выработки, из которых разработали штольню. 2 на уровне замка свода. Из боковых штолен 1 снизу вверх начали расширять щель (этапы I I I и IV), при этом взорванную породу не убирали, а она служила основанием для разработки щели и установки предвари­ тельно-напряженных анкеров глубиной 4 и 13 м, а также для покры­ тия породы набрызгбетоном толщиной до 15 см. В верхней части

Рис. 82. Модифицированный сносс5 опорного ядра (штутгардский способ):

і — 5 — последовательность работ [при проходке штолен по контуру выработки

свода расширение штольни 2 в обе стороны (этапы IV) также со­ провождалось установкой предварительно-напряженных анкеров и нанесением набрызгбетона. Таким образом произошла сбойка ще­ лей, сооружаемых снизу и сверху (этапы V и VI).

Ядро камеры пройдено в два этапа. На первом этапе ядро разра­ ботали до уровня почвы нижних штолен 1, а затем — нижнюю часть камеры.

Этот метод разработки и крепления камеры оказался весьма экономичным, основные работы по строительству камеры заняли всего 8 месяцев, т. е. значительно меньше, чем при обычном способе опорного ядра, описанном выше для аналогичной выработки в Ита­ лии.

В Штутгарте (ФРГ) разработан и применен модифицированный способ опорного ядра, предназначенный для проходки выработок большого пролета в неустойчивых породах. Способ предложен для камерных выработок длиной до 100 м и представляет собой после­ довательную проходку примыкающих друг к другу штолен, распо­ ложенных по контуру выработки (рис. 82). Штольни по очереди заполняют бетоном, в результате чего образуется постоянная крепь, под защитой которой производят затем разработку ядра камеры.

Достоинством этого метода являются сравнительно незначитель­ ные осадки породы. Вместе с тем, очевидны трудоемкость работ, необходимость точного соблюдения направления штолен, а также сложность обеспечения в условиях частых стыков замкнутого ар­

ные обетонированной рамной металлической крепью, усиленной подкосами, находятся за пределами проектного сечения туннеля.

190