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

48

§ 4. Типы крепи

Металлическая арочная крепь. Еще 10 лет назад в отечественных выработках большого сечения преобладающее распространение, независимо от инженерно-геологических условий, имела металличе­ ская арочная или рамная крепь. В то время применение арочной или рамной крепи явилось прогрессивным решением, поскольку она заменила собой веерную деревянную крепь, загромождающую выработку и чрезвычайно трудоемкую в исполнении.

Со временем значительный расход металла, дороговизна и серь­ езные дефекты, присущие арочной крепи при применении ее в тун­ нелях большого пролета, разрабатываемых в скальных породах, потребовали ограничить использование этой крепи и допускать ее установку лишь при вполне определенных условиях.

Масса одной арки при больших пролетах туннелей достигает около 1 т, расход металла на 1 м выработки составляет от 600 до 1800 кг, а стоимость арочной крепи на 1 м доходит до 200 руб. Область применения арочной крепи продолжает пока оставаться достаточно широкой — это в основном мягкие породы. Арки необ­ ходимо устанавливать на расстоянии не более 1 м и соединять в про­ дольном направлении жесткими металлическими распорками (по 1—2 распорки на каждый элемент) для образования прочной простран­ ственной конструкции и тщательно расклинивать в породу. Кровлю и бока выработки рекомендуется закреплять предварительно-напря­ женными железобетонными или армоцементными плитами или же торкретировать породу в пространстве между арками. Зазоры между затяжкой и контуром выработки необходимо забучивать крепкой породой. Элементы арок необходимо соединять между собой не торцовыми замками, а продольными накладками, обеспечивающими равнопрочность конструкции.

При использовании арочной крепи на длительный срок во избе­ жание коррозии металла арки рекомендуется покрывать масляно­ битумным лаком, битумом марки IV с добавкой каолина, антикорро­ зийной смазкой ЗИЛ или же торкретировать цементно-песчаным раствором. Арки целесообразно выполнять из стали повышенного качества, например строительной низколегированной НЛ-2. Это по­ зволяет повысить их несущую способность, снизить массу и улуч­ шить антикоррозийные качества.

В слабых породах расклиненную в породу арочную крепь целе­ сообразно обетонировать, т. е. пространство между породой и аркой заполнить бетонной смесью. Опалубку при этом необходимо уста­ навливать между полками двутавра так, чтобы одна из полок ока­ залась в бетоне. Опалубка может быть наборная из железобетонных, армоцементных или деревянных досок (взамен затяжки) или же сетчатая из проволоки толщиной 1 мм с ячейками размером 2 X 2— 4 X 4 мм. Обетонированная металлическая арочная крепь обладает наибольшей жесткостью и несущей способностью из всех существу­ ющих видов крепи.

Для уменьшения расхода металла арочная крепь может быть выполнена также в виде отдельных элементов армокаркасов, соеди­

почти повсеместно отказываются от арок и применяют анкерную крепь. Используя несущую способность горного массива, анкерная крепь повышает устойчивость выработки при статических и динами­ ческих нагрузках.

К преимуществу анкерной крепи относится незначительный расход металла (от 40 до 100 кг на 1 м) и отсутствие леса. Анкерная крепь в несколько раз дешевле арочной, стоимость ее обычно не превышает 60 руб. на 1 м туннеля. Экономия на 1 м туннеля при анкерной крепи по сравнению с арочной крепью приведена в табл. 20, составленной по данным наблюдений и расчетов институтов Оргэнергострой и Гидроспецпроект.

Таблица 20

Широкое внедрение анкерной крепи в последние годы значительно сокращает расходы на подземное строительство. Только на гидро­ технических туннелях в настоящее время ежегодно экономится 2 тыс. т прокатного металла, 5 тыс. м3 леса, около 0,5 млн. руб. За 1965—1970 гг. при проходке гидротехнических туннелей и камер большого сечения анкерами было закреплено около 20 км вырабо­ ток, или 250 тыс. м2 поверхности, что позволило сэкономить 10 тыс. т металла и не менее 2 млн. руб.

Анкерная крепь в отличие от арочной не стесняет сечения выра­ ботки, изменение форм или размеров туннеля не влечет за собой изменения конструкции крепи, меняются лишь глубина и шаг анке­ ров и в ряде случаев их направление. Металлическая сетка не пре­ пятствует контакту крепи с породой, объем заполиительной цемен­ тации сокращается до минимума, а качество крепи, в которой нет деревянных элементов и бетон соприкасается непосредственно с поро­ дой по всему периметру, значительно повышается.

Рекомендуются к применению следующие основные типы анке­ ров: металлические (клинощелевые и распорные), железобетонные

50

с предварительным заполнением шпура раствором и последующей установкой штанги из арматуры периодического профиля.

Железобетонные анкера наиболее экономичны (в 1,5—2 раза дешевле остальных типов анкеров), обладают высокой несущей способностью (10—12 тс), мало зависящей от характеристики скаль­ ной породы и от действия взрыва, не требуют периодического под­ тягивания и точного соблюдения глубины и диаметра шпура, сравни­ тельно легко могут быть установлены на глубину до 4 м. Следует иметь в виду, однако, повышенную трудоемкость установки железо­ бетонных анкеров, а также, что сетку на эти анкера можно навеши­ вать не ранее чем через 3—4 ч после установки, а взрыв может быть разрешен лишь по истечении 6—8 ч. Уменьшение этих интервалов, а также использование железобетонных анкеров в обводненных или в вечномерзлых породах возможно при применении ускорителей схватывания, однако этот вопрос исследован пока недостаточно.

Перспективными для выработок большого сечения являются анкера, закрепляемые на синтетических смолах. Эти анкера по срав­ нению с другими типами, в частности с железобетонными, имеют определенные преимущества. К их числу относятся: быстрое вступ­ ление в работу после установки, что особенно важно при креплении неустойчивых водонасыщенных пород, высокая антикоррозийность конструкции, стойкость к сейсмическим воздействиям, надежное склеивание металлического армирующего стержня с массивом и др. Подобные анкера широко распространены в ряде стран. Например, в НРБ за год устанавливают 25 тысяч таких анкеров с положитель­ ным результатом, во Франции только в одном районе на шахтах в течение месяца устанавливают 5—6 тысяч анкеров на синтетиче­ ских смолах.

Конструкция таких анкеров, состав смол и технология установки анкеров подробно описаны в работах [34, 38]. В Советском Союзе, в частности в Ленинградском горном институте, в институте Оргэнергострой и других организациях, проводят эксперименты по применению анкеров на смолах. В настоящее время достигнуты определенные результаты по подбору составов на отечественных материалах и в разработке технологии. Вместе с тем для выработок большого сечения применять в промышленном масштабе эти анкера у нас пока несколько преждевременно из-за высокой стоимости синтетических материалов, а также вследствие недостатка экспери­ ментов в области подтверждения длительной прочности и устойчи­ вости закрепленных участков выработок в слабых породах.

Изучение в натуре несущей способности металлических и железо­ бетонных анкеров с оценкой влияния взрывных работ в выработках большого сечения было проведено, в частности, институтом Оргэнергострой в различных инженерно-геологических условиях.

Несущую способность металлических клинощелевых анкеров определяли в зависимости от крепости породы и диаметра головки анкера (рис. 15). Как следует из экспериментальных графиков, наибольшая несущая способность (9 тс) достигается, например,

б

Рис. 15. Зависимость несущей спо­ собности клинощелевых анкеров от разности между диаметрами шпура и головки анкера (а) и коэффици­ ента крепости пород (б)

Рис. 16. Зависимость натяжения клинощелевых анкеров от расстоя­ ния места взрыва до анкеров:

4 — то же 25 м; кружочками от­ мечены моменты проведения взрывов

В ре мя с момента устанооки , сут

впородах VIII категории по СНиП при разнице диаметров шпура

иголовки 12—14 мм. Учитывая, что шпуры под анкера бурят с по­ мощью установки СБУ-2 с коронкой диаметром 42 мм, а диаметр штанги анкера по расчету не превышает обычно 20—24 мм, целесо­ образно применять составную конструкцию анкера со съемной голов­ кой диаметром 28—30 мм. Несущая способность таких анкеров равна 6—8 тс.

Врезультате экспериментов, проведенных совместно с институ­

том Гидроспецпроект было установлено, что несущая способность клинощелевых анкеров длиной более 1 м в легко выветривающихся алевролитах практически не меняется даже через год после уста­ новки, т. е. породы не выветриваются в месте закрепления замка анкера при глубине анкера более 1 м, хотя поверхность породы по контуру выработки через короткое время после вскрытия покры­ вается густой сетью трещин.

Исследование влияния взрывных работ на натяжение клиноще­ левых анкеров проводили в различных геологических условиях.

52