Вопрос 40. Сооружения на горных дорогах. Балконы. Подпорные стенки. Защитные галереи. Основные виды. Назначение и область применения. Особенности конструкции.

Изыскания, проектирование и строительство горных дорог представляет значительные трудности. Из-за сложного рельефа местности, крутых и неустойчивых склонов и необходимости преодоления больших разностей высот, выбор трассы дороги требует большого внимания и часто небольшое смещение трассы по склону резко меняет объёмы работ.

При строительстве дорог в горах приходится выполнять большие объёмы скальных работ, применяя взрывчатые вещества, устраивать подпорные и одевающие стенки. При неблагоприятных геологических условиях – оползнях, осыпях, селевых выносах, необходима постройка специальных сооружений, обеспечивающих устойчивость земляного полотна.

Направления проложения дорог в горах определяются расположением горных хребтов, являющихся водоразделами бассейнов больших рек. Переход дороги из одного речного бассейна в другой возможен только через понижения горных хребтов – седловины. Для дорог в горной местности характерно следующее проложение трассы: вначале по долине горной реки, вверх к её истокам, затем подъём по горным склонам к седловине и переход на перевальном участке в долину другой реки.

К сооружениям нагорных дорогах относятся тоннели, галереи, подпорные стенки, балконы, селедуки, виадуки.

Тоннели применяются для прокладки дорог сквозь толщину горного массива.

С подпорной стенкой. При крутых склонах – более 30 – 35^о – при устройстве насыпи на косогоре объём земляных работ резко увеличивается, так как её откос располагается под небольшим углом к склону. Поэтому прибегают к устройству подпорных стен, поддерживающих насыпь. Для защиты откосных выемок, сложенных из мергеля и сланцевых пород от воздействия атмосферных осадков и ветра, устраивают защитные или одевающие стены, которые прикрывают откос и имеют меньшие размеры.

Балконы из сборных железобетонных элементов.Балкон — поперечный профиль дороги в горной местности на подходах к мостам или участках с крутыми склонами, когда часть поперечного профиля расположена над склоном.Устраиваются на обрывистых склонах, где смещение трассы в сторону горы вызывает значительные скальные работы на большом протяжении.

Галереи возводят на горных дорогах для защиты от камнепадов и снежных лавин. Для удержания дороги на крутых склонах, а также при строительстве. Различают галереи арочного, балочного, консольного и рамного типов. Выбор типов галерей зависит от морфологии лавиноопасного участка, грунтовых условий и технико-экономического обоснования.

При выборе системы галерей необходимо учитывать следующие их особенности:

а) балочные галереи позволяют полностью освободить низовые опоры от восприятия горизонтальных составляющих реакций перекрытия, они наиболее просты в изготовлении и при монтаже. Однако с ростом расчетных нагрузок в балочных галереях резко возрастают объемы работ по перекрытиям и, как правило, по верховым опорам;

б) рамные галереи позволяют сократить объем работ по перекрытиям и опорам, что особенно существенно при больших расчетных нагрузках. Между тем в рамных галереях горизонтальная составляющая реакций перекрытия обычно передается и на низовые опоры, а ответственные стыковые соединения, выполняемые при монтаже, усложняются;

в) в арочных галереях достигается существенное снижение расхода арматуры, однако их применение отвинчено благоприятными топографическими и геологическими условиями. Низовые опоры арочных галерей воспринимают значительные горизонтальные силы от перекрытия, в связи, с чем конструкция их усложняется.

Вопрос 41. Автодорожные транспортные тоннели глубокого заложения. Конструкции обделок тоннелей, сооружаемых горными способами. Технология производства работ по их возведению. Понятие о щитовой проходке тоннелей. (СНиП 32-04-97 ТОННЕЛИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ И АВТОДОРОЖНЫЕ.)

 При пересечениях горных хребтов, когда требования развития трассы приводят к значительному её удлинению и вынуждают использовать перевалы, закрывающиеся снегом на несколько месяцев, выгоднее провести трассу тоннелем.

Недостатком тоннельных вариантов является большая стоимость их строительства. При трассировании перевальных дорог обычно составляют несколько вариантов с различнымпроложением тоннеля по высоте.

Подходы к тоннелю начинают с устройства выемки. При благоприятных геологических условиях обычно принимают, что переход от выемки к тоннелю следует назначать при глубине выемки, равной по строительной и эксплуатационной стоимости одному погонному метру тоннеля. При строительстве выемок методом взрыва на выброс считают, что целесообразно переходить к тоннелю при глубине 20 – 35 м в зависимости от принятого сечения и длины тоннеля, гидрологических и гидрогеологических условий и стоимости строительства.

Поперечное сечение тоннеля назначают из условия обеспечения габарита мостов с ездой понизу, в случае необходимости устраивают каналы для вентиляции.

В плане и продольном профиле тоннели проектируют по тем же нормам, что и открытые участки автомобильных дорог, отдавая предпочтение расположению их на кривых. Радиусы кривых в тоннеле не должны быть менее 250 м. Продольный уклон в тоннелях не должен быть менее 4 ‰ и не более 40 ‰. При длине тоннелей до 300 метров, им придают продольный уклон в одну сторону, а свыше 300 м разрешается двухскатный с подъёмом к середине. Для складирования материалов и оборудования в тоннелях устраивают камеры шириной 2 м, глубиной 2 м и высотой 2,5 м, которые размещают в шахматном порядке через 300 м. При длине тоннеля 300 – 400 м предусматривают одну камеру в середине тоннеля.

В тоннелях длиной более 400 м необходима искусственная вентиляция. К очистке воздуха в связи с широким применением этилированных бензинов, продукты сгорания которых, содержат вредные примеси, предъявляют те же требования, что и на промышленных предприятиях. Скорость движения воздуха при вентилировании тоннелей должна быть не более 6 м/с. В последние годы вентиляцию в тоннелях на автомобильных дорогах делают не только для удаления окиси углерода, но и дыми от выхлопных газов автомобилей с дизельными двигателями, затрудняющего видимость.

Независимо от длины, все автомобильные тоннели должны иметь искусственное освещение. Освещённость тоннеля у входа на уровне проезжей части должна быть не менее: ночью – 10 люкс; днём у порталов – 300 люкс, а в середине тоннеля – 20 люкс.

Обделка воспринимает горное давление по контуру выработки, гидростатическое давление подземных вод, давление, передаваемое с поверхности земли (от наземных зданий), сейсмические и другие нагрузки, т.е. является несущей конструкцией. Она должна обладать достаточной прочностью, устойчивостью и водонепроницаемостью.

Монолитные обделки сооружают из бетона, железобетона, набрызгбетона и торкрета в сочетании с бетоном. Такая обделка состоит из свода, опирающегося своими пятами на стены и лоток, замыкающего обделкуснизу. Возведение монолитных обделок с применением деревянной опалубки является очень трудоёмкой операцией.

Монолитная бетонная обделкатоннеля.

 Железобетон применяют главным образом для порталов и тоннелей в неустойчивых породах (где необходимо увеличивать толщину бетонной обделки) при открытых способах работ.

Набрызбетон, как правило применяют в устойчивых скальных породах для облицовочных обделок. Цементный раствор наносят на породу по металлической сетке, прикреплённой к породе анкерами. Такая обделкаможет служить несущей конструкцией только при весьма небольшом горном давлении. Торкретноепокрытие применяют при бетонных обделкахдля облицовкитоннеля. Сущность его заключается в набрызге цементно-песчанного раствора на обрабатываемую поверхность.

Сборные обделки. Такие обделки монтируют из отдельных элементов заводского изготовления. Они могут быть из бетона, железобетона, чугуна и стали, различной формы и размеров. Обделки кругового и подковообразного очертания разделяют по длине тоннеляна кольца, а кольца собирают из отдельных блоков или тюбингов. Блокомназывают элемент сплошного сечения с гладкими поверхностями, тюбингом— элемент с ребристой внутренней поверхностью. 

Блоки и тюбинги применяют при сооружении тоннельной обделки щитовым или горным способом, то есть при закрытом способе работ. Обделкипрямоугольного очертания состоят из железобетонных элементов — блоков лотка, стен и перекрытия. Такие обделкиприменяют при открытом способе сооружения тоннеля. Сборные обделки позволят механизировать производство работ и тем самым сократить сроки строительства. Широкое применение сборного железобетона в тоннелестроении позволяет экономить металл. При сооружении тоннелеймелкого заложения открытым способом применяют прямоугольные цельносекционные железобетонные обделки длиной 2 м под один или два пути. Масса такой двухпутной секции доходит до 32т. Применение готовых цельносекционныхобделок повышает производительность труда при их возведении, снижает трудоёмкость работ, позволяет отказаться от устройства оклеечной гидроизоляции на месте, так как на стройку конструкция поступает полностью заводской готовности.

Комбинированные обделки представляют собой сборно-монолитную конструкцию. Например, лоток делают монолитным, а стены и свод тоннеля — сборными.

Сооружение тоннелей. 6.1 Сооружение тоннелей должно осуществляться по утвержденным проектам организации строительства и производства работ, разработанным в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01. Проекты должны предусматривать механизацию основных наиболее трудоемких строительно-монтажных работ и содержать планы ликвидации возможных аварий. При необходимости в состав проекта отдельным разделом должна включаться автоматизированная система управления технологическим процессом строительства. 6.2 Забои подземных выработок должны быть обеспечены необходимыми видами энергии, вентиляцией, освещением, водоотводом или водоотливом, водопроводом, сигнализацией (в том числе аварийной), телефонной связью и средствами пожаротушения. 6.3 Раскрываемые в процессе сооружения выработки при необходимости должны надежно закрепляться временной крепью. Элементы временной деревянной крепи должны удаляться при укладке бетона или монтаже сборной обделки. Оставление их за обделкой допускается в случае защемления или возможности вывала грунта. 6.4 Разработку грунта буровзрывным способом следует осуществлять с соблюдением требований СНиП 3.02.03, “Единых правил безопасности при ведении взрывных работ” и “Технических условий по производству взрывных работ при строительстве тоннелей и метрополитенов” по составленному для каждого забоя паспорту, утвержденному главным инженером строительства. Буровзрывные работы для получения гладкой поверхности грунта в выработке следует производить с использованием метода контурного взрывания.

6.5 Работы по сооружению тоннелей в неустойчивых грунтах, связанные с искусственным закреплением грунтов, их замораживанием, понижением уровня грунтовых вод и другими специальными способами работ, должны выполняться в соответствии с правилами и требованиями, изложенными в СНиП 3.02.01 и нормах транспортного строительства.

6.6 В подземных выработках, опасных по газу, следует применять для стационарных и передвижных установок электрооборудование в рудничном взрывобезопасном исполнении. Такие выработки должны переводиться на газовый режим, а работы в них должны осуществляться при условии разработки и выполнения специальных мероприятий, согласованных с органами Госгортехнадзора.

6.7 В процессе проходческих работ геологической службе подрядчика надлежит вести систематические наблюдения за соответствием фактических инженерно-геологических условий проектным данным в части устойчивости забоя, изменения мощности и состава напластований грунтов, их трещиноватости, крепости по буримости, притоку грунтовых вод.

6.8 В тоннелях, сооружаемых и эксплуатируемых в особо сложных условиях, — в зонах тектонических разломов с неустойчивыми водонасыщенными грунтами, на участках нестабилизирующегося горного давления и др. — следует предусматривать установку контрольно-измерительной аппаратуры для наблюдений (мониторинга) за состоянием обделки и окружающего тоннель грунта как в период строительства, так и в процессе эксплуатации тоннеля.

6.11 Суммарные величины отклонений внутренних размеров обделок от их проектного положения не должны нарушать габарита приближения строений.

6.14 Все тоннели в период строительства и полной реконструкции должны обслуживаться профессиональными военизированными горноспасательными частями.

При щитовой проходке тоннеля выполняют следующий комплекс работ: разработку грунтов в забое с погрузкой его на внутритоннельный транспорт; подъем грунта на поверхность земли с погрузкой в автомобили-самосвалы; подачу материала отделки на рабочее место; расчеканку швов между блоками и нагнетание цементного раствора за обделку.

Для разработки грунта в тоннеле щитовым способом применяют несколько типов машин. Одна из схем комплекса оборудования для щитовой проходки, запроектированного ЦНИИподземшахтостроем. В головной части проходки размещен ножевой щит с блокоукладчиком. Внутри щита под защитой козырька выполняют разработку грунта и по ленточному конвейеру разгружают его в вагонетки, которые затем перемещают вдоль тоннеля электровозом. В конце тоннеля вагонетки с грунтом по вертикальному стволу поднимают на поверхность земли с помощью крана или специальной подъемной установкой, смонтированной на одноклетьевом копре, и разгружают в металлический бункер, откуда автомобилями-самосвалами грунтотвозят в указанные места.

Для удаления грунта из тоннеля и подачи блоков отделки к рабочему месту используют одно- и двухпутные вагонетки. Однопутную схему применяют при проходке тоннелей щитами диаметром 2—2,15 м, а двухпутную — диаметром 2,56—4 м. При однопутной схеме одна вагонетка находится под загрузкой, другая разгружается на поверхности земли. При двухпутной схеме устраивают два разъезда: один у щита для обмена вагонеток и блоко-возов, второй — на расстоянии 10— 15 м от шахтного ствола.

Разработку грунта выполняют с помощью щита, состоящего из круглого стального корпуса с ножевым кольцом. Продвижение щита в грунте происходит с помощью гидродомкратов, вмонтированных в корпус щита.

Укладку мелких блоков при проходке щитом диаметром 2 м производят вручную, а крупных блоков и тюбингов — специальными блокоук-ладчиками. Грунт в забое разрушают способом вдавливания, для чего кольцевой нож щита вдавливается в грунт, отрезает его от массива и грузит на конвейер.