11. Начальные и полные напряжения в массиве.
Напряженное состояние массива определяется глубиной, средней плотностью пород, строением, характером напластования и свойствами слогающих пород, а так же неотектоническими движениями в земной коре. Основной причиной напряженного состояния пород в массиве являются объемные силы тяжести. Если рассматривать массив, в котором ещё нет горных выработок, как однородный и изотропный с горизонтальной поверхностью и учитывать лишь гравитационные силы, то в нём будут действовать начальные нормальные напряжения
12. Начальное поле напряжений в массиве пород. Виды начального поля напряжений и их характеристика.
13. Новоавстрийский метод строительства тоннелей, характеристика метода.
При новоавстрийском способе сооружения тоннелей закономерности поведения массива вмещающих пород выявляются инструментальными измерениями деформаций, полей напряжений и изменения структуры массива, а схема возможного управления полями напряжений при раскрытии сечения выработки по частям выбирается на основании расчетов на моделях с помощью численного метода конечных элементов (МКЭ), метода граничных элементов (МГЭ), а также их комбинации - МКГЭ. В процессе строительства подземного сооружения происходят фазовые переходы энергии во вмещающих горных породах за счет энергетической накачки и электронной перестройки структуры и связей горных пород, что подтверждается измерениями деформаций и полей напряжений и особенно заметно в экстремальных условиях. По этому поводу доктор Зауэр в своем докладе об особенностях НАТМ указывал: «С точки зрения предупреждения обрушений, приостановка забоя столь же потенциально опасна, как и слишком быстрое его подвига- ние. За время простоя разупрочнение массива и концентрация напряжений в нем могут развиться до такой степени, что их не выдержит уже никакая тяжелая крепь. Оседание массива следует сдерживать путем увеличения количества и длины анкеров, толщины набрызгбетонной оболочки и усиленного армирования последней дополнительными решетчатыми арками, проволочной сеткой или металлической фиброй».
Новоавстрийский способ сооружения тоннелей должен быть приспособлен к специфическим условиям нашей страны.
Новые технологии строительства тоннелей в сложных горно-геологических условиях В настоящее время в практике мирового тоннелестроения в сложных горно-геологический условиях, во избежании нарушений устойчивости окружающего массива, интенсивно внедряются новые технологии проведения выработок, включающие:
устройство защитного экрана из труб;
предварительное создание щели по контуру выработки;
опережающую бетонную крепь;
технологию струйной цементации грунтов.
Защитный экран из труб по контуру выработки впервые был предложен и осуществлен в Донбассе еще в 60-х годах ХХ столетия для предотвращения выбросов угля и газа при вскрытии крутопадающих выбросоопасных угольных пластов, представленных мягкими сыпучими углями и слабыми боковыми породами . Сущность способа заключается в предварительной изоляции металлическим каркасом выбросоопасного угольного пласта, находящимся в сечении вскрывающей горной выработки (квершлага), от массива выбросоопасного угольного пласта расположенного за пределами сечения вскрывающей выработки.
Для возведения защитного металлического каркаса из забоя выработки, расположенного на расстоянии нескольких метров от вскрываемого крутопадающего пласта, через породную толщу по периметру выработки на расстоянии 30 см друг от друга бурили скважины с таким расчетом, чтобы они пересекали пласт и выходили в породу кровли (или почвы) пласта не менее чем на 0,5 м. В скважины вставляли металлические трубы диаметром 50 мм и под их выступающие концы в забое выработки возводили металлическую арку, которую прочно соединяли с трубами.
Особенность метода. Способы нанесения набрызгбетона
Особенность метода NATM заключается в круглосуточном мониторинге деформаций временной крепи тоннеля и горного массива. Ее применение позволяет повысить скорость проходки верхнего уступа тоннеля до 150 м в месяц против 30–60 метров при проходке обычным способом. Разделяют два способа нанесения набрызгбетона «мокрый» и «сухой» [2].
При сухом способе в специальную машину загружают сухую смесь, выдуваемой сжатым воздухом по шлангу в сопло, перед вылетом смесь смешивается с водой, подводимой к соплу по другому шлангу; при мокром — готовая смесь, загружаемая в герметически закрытый резервуар, наносится на поверхность под действием сжатого воздуха. Комплект оборудования для торкретирования по «сухому» способу нанесения состоит из цемент-пушки, компрессора, бака для воды, воздушных и материальных шлангов и сопла. Сухую цементно-песчаную смесь соответствующего состава, приготовленную в смесителе, загружают в цемент-пушку. Под давлением сжатого воздуха 2—3,5 кг/см2 смесь подается по материальному шлангу в сопло. Одновременно в сопло поступает ускоритель твердения и вода из бака, давление которой должно быть на 1—1,5 кгс/см2 выше, чем в цемент-пушке. Увлажненная смесь, вылетая из сопла со скоростью до 100 м/с, ударяется о торкретируемую поверхность и прилипает к ней. В результате образуется плотный и прочный слой торкрет-бетона. Некоторая часть цементно-песчаной смеси отскакивает от поверхности и падает у места торкретирования. Эти потери называют отскоком.
Применение мокрого способа набрызгбетонирования в сравнении с сухим способом является доминирующим уже в настоящее время с четко выраженной тенденцией дальнейшего роста. Разработка современного способа «мокрого» набрызгбетонирования, в частности, расширила возможности подземного строительства [3]. Достоинствами мокрого способа набрызгбетонирования по сравнению с «сухим» в первую очередь заключаются в меньшем отскоке. Потери обычно не превышают 5-10% при использовании надлежащего оборудования и обученного персонала. Эти цифры также применимы и в случае нанесения армированного набрызгбетона. Кроме того, преимуществами «мокрого» способа по сравнению с «сухим» являются:
- улучшение рабочей обстановки. Возникает меньше проблем с образованием пыли;
- нанесение более толстых слоев вследствие эффективного употребления добавляемых материалов;
- контролируемое дозирование воды (неизменное, определенное водоцементное отношение);
- улучшенное сцепление;
- большая производительность, общая экономичность намного выше;
- возможность использования стальных фибр и новых передовых добавок.
Недостатки набрызгбетона при «сухом» способе нанесения: высокая концентрация пыли, потери материала при "отскоке" (до 30%), повышенный расход цемента и др. Методом мокрого набрызга с использованием автоматизированных установок одним оператором можно достигнуть средней производительности 60-100 м3 за 8 часовую смену. При этом отскок не будет превышать 10% [1,2,4]. Сравнивая сухой и мокрый способы, можно прийти к выводу, что сухой способ целесообразно применять для выполнения работ небольшого объема (например при ремонте) и в особых случаях, когда существуют длинные дистанции подачи смеси и частые перерывы в работе. Способ мокрого набрызга целесообразно применять во всех остальных случаях.