1, 2, 4, 5, 7 – Последовательность разработки породы; III, VI, VIII – очередность устройства обделки

Рисунок 9.6 – Очередность работ по устройству тоннеля способом опертого свода

Способы опорного ядра (рисунок 9.7) применяют в мягких породах, плывунах и при большом сечении тоннельной выработки. Проходку тоннельной выработки начинают с разборки породы по периметру профиля тоннельной выработки, параллельно или вслед за разборкой всего контура сооружают обделку и лишь, затем удаляют породу в центре выработки.

1, 3, 5, 6, 8, 9 – Последовательность разработки породы тоннельной выработки; II, IV, VII, X – последовательность устройства обделки

Рисунок 9.7 – Очередность работ по сооружению тоннеля способом опорного ядра

Перечисленные способы строительства тоннелей (за исключением щитовых) можно считать классическими. Они сформировались еще в девятнадцатом столетии, отличаются характерными для них особенностями и параметрами. Формирование теории и практики их строительства проходило в странах Западной Европы: Германии, Австрии, Бельгии и др., поэтому в отечественной горнотехнической литературе наряду с русскими названиями широко применялись иностранные термины.

Классические способы сооружения тоннелей в мягких породах (раскрытие на полное сечение по частям, опертого свода, опорного ядра) характеризуются большой трудоемкостью, поскольку разработку грунта и устройство обделки ведут отдельными частями на узком фронте работ при загромождении сечения выработки временным креплением. В таких условиях ведения горных работ исключается возможность применения высокопроизводительной горнопроходческой техники и достижение высоких темпов проходки.

Интенсивное развитие тоннелестроения во второй половине XIX и в XX веке внесло существенное усовершенствование в классические способы тоннелестроения, которое позволило разработать новые методы горнопроходческих работ, отвечающие современному уровню развития горной техники и технологии. К таким методам относятся:

Метод проходки с устройством податливого свода (новоавстрийский метод);

Метод проходки с устройством арочно-бетонной крепи (предложен советскими специалистами);

Новый вариант метода опорного ядра.

Специальные способы применяют в сложных гидрогеологических условиях. При наличии плывунных или сильно обводненных грунтов, поверхностной воды и др. В этих случаях могут применить опускание заранее заготовленных конструкций тоннеля кессонным способом или опускание их под воду. При глубоком заложении тоннелей слабые плывунные грунты могут быть обработаны специальными химическими составами или заморожены.

При сооружении тоннелей под существующими дорогами, а также в городских условиях. Когда недопустимы сдвижки породного массива, применяют способ продавливания отдельных готовых элементов тоннеля. Этим способом обычно сооружают тоннели небольшой длины – до 100…150 м. За счет высокой степени индустриализации при использовании готовых элементов тоннеля достигается сокращение сроков строительства в два - три раза, трудоемкости и стоимости на 15…20 %.

Искусственно созданная полость в толще пород называется выработкой. Тоннельные выработки могут быть полными, соответствующими полному сечению тоннеля и временными. Временные выработки предназначены для последовательного раскрытия тоннельного сечения или сооружаются для специальных целей в качестве разведочных, вспомогательных, транспортных и т.д. Временные выработки еще называются рабочими. Все горные выработки, кроме расположенных в крепких нетрещиноватых породах, закрепляются несущей конструкцией – постоянной обделкой или временной крепью.

Тоннельная выработка делится на две части (рисунок 9.8):

А – верх или калотта и Б – низ или штросса и ограничивается сверху кровлей, снизу – подошвой и с боков - стенами. Торец выработки, в котором разрабатывают породу, носит название забоя.

В свою очередь верх разделяется на:

• малый – А₁ (малая калотта);

• средний – А₂ (средняя калотта);

• большой – А₃ (большая калотта).

Низ разделяют на: - центр - Б₁ (штроцетта);

- бока – Б₂.

Рисунок 9.8 – Элементы тоннельной выработки

Рабочие выработки тоннеля. Штольня – горизонтальная выработка небольшого сечения с временной крепью. Штольни предназначены для развертывания фронта работ. Кроме того, в штольнях прокладываются подземные ходы геодезической основы, вентиляционные трубы, водоотвод и другие коммуникации. Название и предназначение штольни определяется ее местом положения в тоннельной выработке (рисунок 9.9)

1 – нижняя штольня; 2 – верхняя штольня; 3 – центральная штольня; 4 – боковая штольня; 5 – боковая штольня 1-го яруса; 6 – боковая штольня 2‑го яруса; 7 – боковая штольня 3-го яруса; 8 – котлован; 9 – вертикальный ходок, воронка или фурнель, сечением 0,4×0,85 м; 10 – уклон (бремсберг); 11 – воронка ступенчатого профиля; 12 – боковая откаточная штольня, пройденная под углом к оси тоннеля

Рисунок 9.9 – Рабочие выработки тоннеля

Нижняя штольня может быть разведочной, транспортной или дренажной, она же обеспечивает основной выход из тоннеля.

Верхняя штольня предназначена для открытия фронта работ на верхнем горизонте.

Центральная и боковые штольни предназначены для последующего развертывания фронта работ.

Фурнель, уклон и воронка ломаного профиля служат для связи верхней и нижней штолен, для подачи материалов и транспортирования разработанной в верхнем горизонте породы.

Размер штолен (рисунок 9.10) определяется габаритом применяемого транспорта. Обычно высота составляет 1,9…2,2 м, ширина штольни принимается равной ширине транспортного средства, прохода для рабочих 0,7 м с одной стороны и зазора между крепью и транспортом 0,25 м с другой стороны.

Рисунок 9.10 – Размеры штольни