2.1 Выбор и обоснование методов производства для каждого из участков тоннеля.

Способы производства работ на участках тоннеля целесообразно увязывать между собой таким образом, чтобы обеспечивалась возможность перехода от одного способа к другому без коренной перестройки производственного процесса и существенной замены основного оборудования и механизмов.

Для участка тоннеля в грунте с крепостью применяем способ опорного ядра. Сущность способа сводится к разработке грунта по контуру выработки с опиранием временной крепи на ненарушенный грунт (ядро) в средней части сечения и возведением обделки по частям, начиная со стен.

В основном варианте способа в месте намеченного расположения стен проходят штольни (1) на всю длину сооружаемого участка тоннеля, в которых бетонируются нижние части стен (2). Сооружение стен обычно требует не менее двух ярусов штолен. Штольни (3) проходят после набора бетоном стены нижнего яруса 25 % проектной прочности и заполнения грунтом пространства между забетонированной нижней частью стены и штольневой крепью для предотвращения подвижек грунта в ядре. Затем бетонируют верхнюю часть (4) стены. Следующим этапом является проходка верхней штольни (5), на базе которой раскрывают калотту (6) кольцами не более 4м с интервалами между ними в два – три кольца. Бетонирование свода (7) выполняют с опиранием его на готовые стены. Работу по разработке и транспортировке грунта ядра обычно начинают тогда, когда обделка стен и свод будут сооружены на протяжении не менее 50 м. Ядро (8) вынимают механизированным способом под прикрытием свода после раскружаливания его на всём протяжении участка работ. Обратный свод (10) бетонируется в поперечных траншеях (9), ширина которых не должна превосходить половины длины кольца. Для предотвращения сдвига стен обделки внутрь выработки между стенами устанавливают распорки из брёвен (тиранты), используемые для размещения откаточных путей и деревянного желоба, являющегося продолжением водоотводной канавы.

К достоинствам способа опорного ядра следует отнести его надёжность, обеспечивающую безопасность проходки в самых сложных геологических условиях, а также возможность сооружения обделки без подводки её элементов, начиная со стен, и хорошее осушение массива (воду в основном принимают на себя боковые штольни). К недостаткам способа опорного ядра относятся его неэкономичность, связанная с разработкой большой части сечения в штольнях, стеснённость работ, затрудняющая достижение высокого качества обделки (особенно при большом числе рабочих швов), и низкая скорость сооружения тоннеля (30-40 м в месяц).

Для участка тоннеля в грунте с крепостью применяем способ нижнего уступа. Сущность способа в последовательной проходке калотты и штроссы, при этом проходка калотты опережает проходку штроссы на 30-50 м.

2.2 Организация работ на участке тоннеля в грунте с крепостью f=5.

2.2.1 Обоснование способа проходки и технологическая схема организации работ.

Проходка участка тоннеля в песчанике сильно трещиноватом крепостью f=5 будет осуществляться способом нижнего уступа по следующему варианту. Способом сплошного забоя проходят верхнюю часть тоннеля, а затем разрабатывают его нижнюю часть. Соотношение между площадями сечений верхнего и нижнего уступов при этом высота верхней части тоннеля должна быть (по условиям размещения проходческого оборудования в ней) не менее 3-4 м. Одновременно с проходкой калотты на расстоянии 30-40 м от забоя производят разработку уступа на ширину пролёта выработки и затем за один приём бетонируют обделку. Опережение забоя калотты (длина уступа) и расстояние от забоя до места бетонирования обделки определяются в основном устойчивостью выработки, закреплённой временной крепью, а также характеристиками применяемого оборудования. Минимальная длина уступа назначается таким образом, чтобы буровое оборудование, погрузочные машины и транспортные средства можно было разместить на безопасном расстоянии в этом случае одновременно забоя и уступа.

Опережающая калотта является рекогносцировочной выработкой, позволяющей при встрече с более слабыми, чем предполагалось, грунтами своевременно перестроить производственный процесс, не приостанавливая работ по расширению сечения. Наряду с этим забой высокой выработки расчленяется на две устойчивые и не требующие крепление части. Разработку верхней части выработки производят способом сплошного забоя, допускающим высокиё уровень механизации.

Достоинства способа нижнего уступа – некоторая экономия ВВ по сравнению со способом сплошного забоя и возможность применения в слабых скальных грунтах. Недостатком способа нижнего уступа является усложнение организации работ по параллельной проходке в двух забоях, взрывание в которых необходимо производить одновременно для сокращения общего времени на заряжание и проветривание. Дополнительные трудности возникают в связи с перекладкой (на время взрывания нижнего уступа) устройств, обеспечивающих переброску из опережающего забоя к месту окончательной погрузки (если не применяют вагоны ВМ) и необходимостью поддержания верхней крепи в месте уступа (при арочной крепи).

2.2.2 Определение параметров буровзрывных работ.

Разработка полускальных и скальных грунтов осуществляется буровзрывным способом. Это наиболее универсальный и эффективный способ разрушения скальных и полускальных грунтов. Применение этого способа охватывает грунты с широким диапазоном крепости и ввиду экономичности получило широкое распространение. Эффективность проходки тоннелей во многом определяется правильным выбором параметров буровзрывных работ, к которым относятся взрывчатые вещества (ВВ), средства взрывания (СВ), количество, глубина и диаметр шпуров, схема их расположения в забое и конструкции зарядов. С целью получения контура выработки, близкого к проектному, уменьшения переборов и снижения сейсмического воздействия на окружающий массив следует использовать технологию контурного взрывания.

В качестве расчётных параметров БВР принимаются:

• q₀ – удельный расход ВВ, кг/м³;

• W – линия наименьшего сопротивления (ЛНС), м;

• a – расстояние между шпурами, м;

• N – количество шпуров, шт.;

• Q – расход ВВ, кг.

Определение этих параметров производим в следующем порядке:

1. Выбор ВВ в соответствии с геологическим и гидрогеологическими условиями заложения тоннеля.

Таким образом для песчаника сильно трещиноватого крепостью f=5 применяем механизированное заряжание с использованием гранулированных ВВ типа граммонит 79/21-Б плотностью 1-1,25 г/см³ и коэффициентом работоспособности е равным 1,0.

2. Определение q₀ с учётом его работоспособности по формуле

,

где е – коэффициент работоспособности ВВ;

 – коэффициент влияния плотности заряжания, =1;

 – коэффициент структуры и трещиноватости грунтового массива, =0,8;

S – площадь сечения забоя, S=35.55 м².

кг/м³

3. Определение ЛНС отбойных шпуров по формуле

,

где k – коэффициент зажима (0,7-0,9); d – диаметр шпура (42-46 мм);

 – объёмная масса грунта, =2500 кг/м³;

4. Выбор конструкции вруба и определение расстояний между шпурами.

Тип вруба – прямой. Расстояние между отбойными шпурами , между подошвенными , расстояние между контурными – .

5. Вычисление количества шпуров на забой

, где

шт – количество контурных шпуров;

шт – количество подошвенных шпуров;

шт – количество отбойных шпуров;

– площадь сечения забоя, взрываемого отбойными шпурами;

– площадь сечения забоя, взрываемого контурными шпурами;

– площадь сечения забоя, взрываемого подошвенными шпурами;

шт – количество отбойных шпуров;

6. По конструктивным соображениям расстояния между шпурами следует уменьшить, а количество шпуров увеличить, вследствие того, что при взрывании образуется большое количество негабаритных кусков породы и сильно ухудшается проектный контур выработки.

Таким образом после расположения шпуров в сечении:

, ,

Шпуры	врубовые	отбойные	контурные	подошвенные
количество, шт.	5 (1-незаряженный)	126 (63 – незаряженных)	37	27

7. Определение длины комплекта шпуров l, глубины заходки W_k и объёма взрываемой породы V_п.

По коэффициенту крепости выбираем l = 1.8 м, глубина заходки W_k = l, где  =0,8-0,9 – коэффициент использования шпура (КИШ), W_k = 1,62 м. Объём взрываемой породы V_п = S W_k = 57,6 м³.

8. Определение массы зарядов, конструкции зарядов, общего расхода ВВ и СВ, очерёдности взрывания.

Ориентировочное количество ВВ на взрыв, кг,

Масса всех контурных зарядов, кг,

,

где - концентрация заряда контурного шпура, зависит от конструкции заряда ;

Средняя масса зарядов остальных шпуров, кг,

Масса зарядов врубовых, отбойных и подошвенных шпуров, кг:

На основании расчётных данных составляют паспорт буровзрывных работ. Паспорт должен включать текстовую и графическую части. Текстовая часть (пояснительная записка) включает расчет параметров буровзрывных работ, расчет электровзрывной сети, указания по технике безопасности (ТБ), таблицу шпуровых зарядов с указанием времени замедления различных групп шпуров, таблицу основных показателей взрыва. Графическая часть включает: изображение забоя выработки в трех проекциях с указанием номеров шпуров и их координат, с возможностью разметки реального забоя, схему электрического соединения шпуровых зарядов, конструкции зарядов отбойных, врубовых и контурных шпуров.

При уступном способе проходки необходимо определить параметры буровзрывных работ в отстающем забое. По высоте уступа H = 4700 мм и по номограмме значения параметров БВР:

W = 1800 мм – расстояние между рядами скважин;

a = W*m = 1800*0.9 = 1620 мм – расстояние между скважинами в ряду;

d = 48 мм – диаметр скважины;

l_з = 4200 мм – длина заряда в скважине;

Q_з = 10 кг – масса заряда в одной скважине.

Глубина скважины назначается на величину (10-15)*d ниже подошвы уступа. Максимальная глубина продвижения забоя за один взрыв W_y не должна превышать 6-7 рядов скважин.