9.5. Способ раскрытия выработки на полное сечение по частям

Этот способ в отличие от рассмотренных выше предусматривает разработку грунта и установку временного крепления по отдельным частям сечения при движении сверху вниз, что обеспечивает в конце разработки раскрытие выработки полностью на все сечение тоннеля в пределах одного кольца шириной 2-4 м в зависимости от геологических условий. После разработки грунта приступают к возведению обделки из монолитного бетона или из сборных элементов, двигаясь снизу вверх.

Существует несколько вариантов производства работ по этому способу: раскрытие на полное сечение (полный профиль) с применением веерного крепления (так называемый австрийский способ), раскрытие на полное сечение по частям с креплением прогонами и торцовыми фермами (английский способ), способ подсводного разреза и др.

Преимущество этих способов состоит в том, что представляется возможность осуществлять возведение обделки без перерывов (что повышает ее качество), а также использовать сборную обделку. Применяются эти способы в основном в устойчивых необводненных грунтах, глинах, сланцах, мергелях в тех случаях, когда нет большого давления на крепь. Однако способ раскрытия на полное сечение с использованием веерного крепления отличается наибольшей трудоемкостью, большим расходом лесоматериалов, сложностью устройства крепления. Возникающие в процессе строительства работы по перекреплению выработок могут привести (при наличии горного давления на крепь) к деформации торного массива и поверхности. Поэтому этот способ при строительстве метрополитенов не применяют.

Раскрытие на полное сечение по частям с креплением прогонами и торцовыми фермами применяют при сооружении первых (прорезных) колец сборной обделки камер для монтажа щита или тюбингоукладчика, а также при сооружении других камер и участков тоннелей небольшой протяженности, главным образом со сборной обделкой.

9.6. Виды временных крепей при горном способе работ

В качестве временной крепи используют деревянную крепь, металлическую арочную или рамную крепь, анкера, набрызгбетон и комбинации этих видов крепи. При выборе крепи учитывают размеры пролета выработки и степень трещиноватости и устойчивости пород.

Деревянную временную крепь, используемую при горных способах производства работ, в настоящее время применяют главным образом в мягких слабоустойчивых грунтах (глинах, суглинках, супесях, песках). Кроме деревянной крепи, в таких условиях можно использовать металлическую арочную крепь, изготовляемую из двутавровых балок или двутавров.

При разработке выработки на полное сечение за один прием применяют стальную арочную крепь (рис. 9.13), состоящую из двух элементов, опирающихся на подошву выработки или на уступы породы вне контура профиля тоннеля.

При разработке забоя уступным способом с опережением верхней части забоя выработку закрепляют арочной крепью в два приема. Вначале при проходке калоттного профиля закрепляют выработку арками с опиранием их на продольные рандбалки (двутавры, положенные на бок). При разработке породы в нижней части тоннеля под арочную крепь подводят стойки. Элементы крепи соединяют с помощью стальных пластин и болтов. В продольном направлении арки раскрепляют стяжками-распорками. Зазор между арками и породой тщательно расклинивают. Кровлю и бока выработки затягивают деревянными досками (затяжкой). Установка стальной арочной крепи выполняется быстро. При необходимости крепь оставляют в бетонной обделке в качестве арматуры.

Анкерная крепь – это металлические стержни, вставленные в предварительно пробуренные в кровле и боках выработки шпуры. Стержни закрепляют в шпурах различными способами. Анкеры как бы «прошивают» слои пород, расположенных вокруг выработки, не дают им расслаиваться и обрушаться.

Анкерную крепь (рис. 9.14) рекомендуется применять при проходке тоннелей в скальных и полускальных породах, устойчивых и средней устойчивости, с коэффициентом крепости не ниже 4. В более слабых породах анкерную крепь следует применять совместно с набрызгбетоном или металлической арочной крепью. Анкерную крепь устанавливают немедленно после разработки породы в забое. При этом призабойная зона не загромождается, что дает возможность механизировать проходческие работы и облегчает условия проветривания, отпадает необходимость в защите крепи от повреждения при производстве взрывных работ. Различают анкеры: металлические (клинощелевые и распорные) железобетонные и сталеполимерные.

Рис. 9.13 Стальная арочная крепь: 1 – арка из стального двутавра; 2 – стяжка-распорка; 3 –.дощатая затяжка	Рис. 9.14 Схема анкерного крепления: 1 – клиновые анкеры; 2 – опорные шайбы

Одной из особенностей устройства анкерной крепи является необходимость точного соблюдения размеров элементов анкера, что достигается при изготовлении анкеров только в заводских условиях. Рабочие поверхности клиньев и прорезей клинощелевых анкеров должны быть гладкими и плоскими, благодаря чему обеспечивается высокая надежность их закрепления.

Для широкого применения рекомендуются железобетонные набивные анкеры, которые могут быть использованы в большом диапазоне инженерно-геологических условий. Конструкция такого анкера предельно проста; он обладает высокой несущей способностью и долговечностью, что позволяет использовать эти анкеры в качестве составных элементов обделки.

Анкеры устанавливают рядами по прямоугольной сетке в соответствии с утвержденным паспортом временного крепления, в котором должны быть указаны тип и длина анкеров, расстояние между ними и степень натяжения стержней.

В тех случаях, когда из промежутка между анкерами могут выпадать мелкие куски породы, на выступающие в выработку концы анкеров следует навешивать металлическую сетку (из проволоки диаметром не менее 3 мм), прикрепляя ее к анкерам с помощью штырей, гаек и опорных шайб. В трещиноватых и сильнотрещиноватых породах анкеры следует объединять подхватами из полосовой или швеллерной стали.

Одними из перспективных видов анкерной крепи являются сталеполимерные анкеры (СПА). Армирующий стержень такого анкера закрепляется в шпуре быстротвердеющими синтетическими смолами.

В настоящее время широко применяют патронированный способ использования синтетических составов, при котором закрепляющую смесь вводят в шпур в ампулах-патронах из целлюлозы, стекла или полиэтилена. Такая ампула представляет собой двухкамерную оболочку, одна из камер содержит смолу с наполнителем, другая – отвердитель-инициатор с модификатором.

Армирующий стержень анкера выполнен из стали периодического или гладкого профиля со скошенным концом. При вращении или забивании анкера скошенный конец стержня разрывает оболочку с закрепляющим составом и перемешивает его. При этом обеспечивается высокая степень сцепления стержня с породой.

Разработанные составы и технология возведения СПА позволяют применять их в сухих и обводненных шпурах, а также при отрицательной температуре грунта (до -10⁰С). Несущая способность СПА уже через 15 мин достигает 90 Н и в течение суток увеличивается до 250 кН.

В скальных трещиноватых и сильнотрещиноватых породах, плотных глинах, мергелах в качестве временной крепи применяют набрызгбетон.

Сущность способа крепления выработки набрызгбетоном заключается в том, что сразу после разработки грунта или в процессе ее на обнажаемую поверхность выработки наносят поддерживающий слой из быстросхватывающегося и быстротвердеющего бетона. Этот слой наносят методом набрызга (торкетированием). Это достигается путем подачи по шлангу под давлением сжатого воздуха сухой смеси песка, мелкого щебня и цемента, которая смешивается с водой и выбрасыйается на набрызгиваемую поверхность. Высокая скорость истечения смеси от сопла обеспечивает ее плотную укладку и хорошее сцепление с породой.

При креплении поверхности подземных выработок набрызгбетоном необходимо обеспечить условия для быстрого увеличения его прочности. Применяют быстротвердеющие цементы БТЦ, глиноземистые и водонепроницаемые расширяющиеся цементы ВРЦ, портландцементы с добавками, ускоряющими процесс твердения.

В комплекс оборудования для нанесения набрызгбетона входят: установка для приготовления сухой смеси, средства для подачи сухой смеси к забою, торкрет-машина и механизм для перегрузки сухой смеси, резервуары для воды с растворенной в ней добавкой, ускоряющей твердение смеси, передвижные подмости, которые используют при нанесении покрытия на свод и стены тоннеля.