27. Основные горные способы сооружения тоннелей и область их применения.

При строительстве тоннелей горным способом одной из наибо­лее трудоемких операций является разработка грунта. Сравнитель­но некрепкие грунты с коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова 1÷2 можно разрабатывать вручную или с применением механизированных инструментов: отбойных молот­ков и пневматических лопат. Грунты с >2÷3 разрабатывают бу­ровзрывным способом или рабочими органами тоннелепроходческих машин (ТПМ).

В последнее время ведутся работы по созданию и внедрению новых, более эффективных способов разработки грунта: гидравлического, термического, электрофизического, химического которые могут приме­няться как самостоятельные или в сочетании с механическим.

При буровзрывном способе по всей площади тоннель­ного забоя забуривают шпуры диаметром 36 - 42 мм и глубиной 2 - 4 м, в которые помещают заряды взрывчатого вещества (ВВ). После взрыва зарядов забой продвигается на 2 - 4 м. Количество, глубина и расположение шпуров в забое, а также расход ВВ опре­деляются формой и размерами выработки, крепостью и условиями залегания грунтов и устанавливаются расчетом.

Шпуры подразделяют на врубовые, создающие предваритель­ный отрыв грунта; отбойные — для разрушения основной массы грунта и контурные — для создания проектного очертания выра­ботки (рис. 33.1).

Для уменьшения переборов грунта и лучшего оконтуривания выработки применяют технологию гладкого взрывания и предварительного откола грунта с использованием электродетонаторов короткозамедленного действия (25 - 250 мс). При этом контурные шпуры располагают на расстоянии а = 0,3÷0,5 м, а заряды их делают рассредоточенными, оставляя между ними воздушные промежутки или вставляя деревянные прокладки.

Для бурения шпуров применяют бурильные молотки пневматического, электрического или гидравлического действия, работающие по принципу ударно-поворотного, вращательного или вращательно-ударного бурения.

Бурильные молотки закрепляют на поддерживающих приспо­соблениях (стойках, распорных колонках, пневмоподдержках, ма­нипуляторах) и снабжают автоподатчиками, обеспечивающими за­данное направление бурения.

При проходке тоннельных выработок на полный профиль наиболее эффективны самоходные буровые рамы, каретки и агрегаты на пневмо- или гу­сеничном ходу, оснащенные не­сколькими (от 2 до 5) высокоча­стотными (до 4500 мин^-1) пер­фораторами (рис. 33.2). Созданы и применяются буровые уста­новки с подъемными, выдвижны­ми и поворотными платформами для возможности установки вре­менной крепи, а также с устрой­ствами программного управления и автоматики, обеспечивающие полностью автоматизированное обуривание забоя.

В последние годы для разра­ботки скальных грунтов, наряду с буровзрывным способом, применяют механизированные ТПМ с рабочим органом сплошного или избирательного действия.

Машины первой группы имеют чаще всего составной телеско­пический корпус, элементы которого поочередно раскрепляются радиальными домкратами в стены выработки и перемещаются по­ступательно горизонтальными домкратами. В головной части кор­пуса закреплен рабочий орган в виде диска или многолучевого ро­тора, оснащенного резцами, фрезами, скалывателями, шарошками или гидравлическими насадками, способными разрушить грунты с коэффициентами крепости до 8 и более (рис. 33.3). Для удаления разработанного грунта на тоннелепроходческих машинах имеется система ковшей и транспортеров.

При проходке выработок по частям в грунтах с коэффициентом крепости = 3÷5 находят применение тоннелепроходческие маши­ны с рабочим органом избирательного действия. Такие машины пе­ремещаются преимущественно на гусеничном ходу, разрабатыва­ют грунт одной или двумя фрезами, закрепленными на стрелах-ма­нипуляторах, и грузят его встроенными погрузчиками (рис. 33.4).

В отличие от машин первой группы ТПМ избирательного дей­ствия могут создавать выработки практически любого очертания.

Основные преимущества ТПМ по сравнению с буровзрывным способом заключаются в достижении ровного контура выработки и сокращении переборов грунта, уменьшении нарушений грунтового массива и увеличении темпов разработки грунта.