2527
.pdfРис. 7.13. Передвижная опалубка для бетонирования стен тоннеля: 1 – портальный мост; 2 – передвижные тележки; 3 – гидрозахваты; 4 – секции опалубки; 5 – механизм гидроотрыва опалубки
288
289
Рис. 7.14. Обделка системы Бернольда: а) 1 – стальные перфорированные панели; 2 – прорези; 3 – зона стыковки панелей; 4 – продольная ось тоннеля; 5 – соединительные штыри; б) конструкция обделки; в) 1 – монтажные арки; 2 – межарочные стержни; 3 – панели; 4 – бетонная смесь; 5 – бетоноукладчик; 6 – кабель; 7 – монорельсовая дорога; 8 – набрызг-бетон; 9 – набрызг-бетонмашина
породах. Сущность этой системы состоит в возведении жёсткой армированной бетонной обделки толщиной 25 30 см вслед за проходкой забоя сплошным сечением.
Конструкция обделки основана на использовании специально отштампованных стальных панелей из перфорированных листов рифленой стали толщиной 1 3 мм, которые омоноличиваются бетоном и в дальнейшем покрываются тонким слоем на- брызг-бетона (рис. 7.14, а, б).
Крепь Бернольда ставят следующим образом. Устанавливают комплект монтажных арок (складных и соединенных шарнирами) из 6 12 штук с шагом установки 1 м (рис. 7.14, в). Между собой арки раскрепляют межарочными стержнями. На арках монтируют панели. Стыковку панелей осуществляют внахлестку, а между собой панели соединяют при помощи штырей. Торцовая опалубка состоит из решетчатых пластин или сетки. Бетонную смесь укладывают слоями толщиной 15 см и тщательно вибрируют до появления её в отверстиях панелей. Применяется бетон классов В30 - В40 с водоцементным отношением 0,5 и заполнителем крупностью до 30 мм. В процессе бетонирования бетонная смесь проникает через прорези в панелях и омоноличивает конструкцию (рис. 7.15).
Рис. 7.15. Схема крепления тоннельной выработки по методу Бернольда: 1 – стальные перфорированные панели; 2 – монтажные арки; 3 – соединительные штыри; 4 – бетон
290
Таким образом, панели, являясь как бы одновременно арматурой и опалубкой, вместе с бетоном образуют тонкостенную армированную обделку. Затем панели покрывают слоем набрызгбетона толщиной 5 10 см. Монтажные арки остаются на месте в течение выстойки бетона, т.е. 1,5 2 суток, затем переставляются. Процесс перестановки арок составляет 20 30 мин.
Основное преимущество крепи Бернольда – возможность быстрого создания монолитной армированной бетонной крепи сразу же за проходкой непосредственно вблизи забоя.
Г л а в а 8
ГОРНЫЕ СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ
8.1. СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ
Основными способами производства работ по сооружению тоннелей в скальных породах являются способ сплошного забоя и уступный способ.
Способ сплошного забоя применяют при проходке в устойчивых скальных породах с f 4 при высотевыработки до10 м.
Существуют две разновидности способа: проходка выработок сплошным забоем на полное сечение, проходка выработок ступенчатым забоем.
Сущность способа сплошного забоя на полное сечение заключается в том, что забой тоннеля разрабатывается одновременно по всей площади его сечения. Способ характеризуется простой и четкой организацией работ. Основные этапы работ: разработка породы в забое, ее удаление и установка временной крепи, возведение обделки – выполняются последовательно, широким фронтом по длине тоннеля (рис. 8.1).
Проходку осуществляют с помощью буровзрывных работ, в породах с f 6 применяют тоннелепроходческие машины. В ре-
291
292
Рис. 8.1. Технологические схемы (а, б) и этапы работ (в) при способе сплошного забоя: 1 – экскаватор; 2 – думпер; 3 – бурильная установка; 4 – телескопическая опалубка; 5 – тележка-перестановщик опалубки; 6 – бетоноукладочная установка; 7 – бетононасос; 8 – растворонасос; 9 – анкеры; 10 – вентиляционная труба; 11 – контейнер с сухой смесью; 12 – автомобиль; 13 – бетоновод; 14 – консольный мост; 15 – большегрузные вагоны; 16 – породопогрузочная машина; 17 – передвижная платформа
зультате разработки породы забой подвигается, кровлю и стены тоннеля на период до монтажа возведения обделки в целях безопасности работ закрепляют временной крепью. В скальных трещиноватых выветрелых породах применение временной крепи обязательно, а в монолитных невыветрелых породах с f >12 временную крепь можно не ставить.
Шпуры в забое бурят одновременно по всей площади забоя бурильными установками или буровыми рамами. Погрузка породы осуществляется мощными породопогрузочными машинами или подземными экскаваторами в проходческие большегрузные вагоны или автосамосвалы, которые вывозят породу в отвалы за пределы тоннеля. При использовании большеобъемных ковшовых погрузчиков типа ПД и ПТ транспортирование породы до места выгрузки производится непосредственно в этих погрузчиках. Установку временной крепи (анкеров, набрызг-бетона, металлических арок) производят с верхних платформ буровых рам, подвесных площадок бурильных установок или гидроподъемников МШТС. Бетонную обделку возводят после окончания проходки в коротких тоннелях или на значительном удалении от забоя – на 100 300 м и более, одновременно с проходкой, используя механизированные опалубки и бетоноукладочное оборудование – пневмобетоноукладчики и бетононасосы.
Способ сплошного забоя получил самое широкое распространение в практике тоннелестроения. Его достоинства: большой фронт работ с эффективным использованием мощного высокопроизводительного проходческого оборудования, что позволяет достигать значительных темпов строительства и высоких техни- ко-экономических показателей; простая организация работ, позволяющая достаточно полно использовать проходческое оборудование и обеспечить ритмичное выполнение всех операций; сравнительно малый объем подготовительных и вспомогательных работ, что значительно удешевляет строительство. Недостатки способа заключаются в необходимости тщательной предварительной геологической разведки трассы тоннеля и применении тяжелого дорогостоящего и энергоемкого оборудования.
При способе ступенчатого забоя сечение забоя делят по высоте на 2 части: верхнюю–калоттуинижнюю–штроссу(рис. 8.2).
293
Рис. 8.2. Способ ступенчатого забоя: 1 – калотта; 2 – штросса
Забой штроссы отстает от забоя калотты на одну или две заходки. Работы ведутся одновременно в обеих частях. Шпуры в калотте бурят перфораторами на пневмоподдержках, в штроссе – бурильными установками типа СБУ. При отставании штроссы от калотты на одну заходку обуривание забоев выполняется одновременно бурильными машинами, размещенными на буровой раме типа ПБА, которая располагается на подошве тоннеля.
Глубину шпуров в обеих частях принимают одинаковой при отставании на одну заходку и в два раза больше в нижнем уступе, если отставание происходит на две заходки. Тогда в калотте выполняют два взрыва за один цикл, а в штроссе – один, т.е. подвигание забоя в обеих частях должно быть одинаковым. Временную крепь ставят с уступа, используя разборные подмости. Обделку возводят, как при способе сплошного забоя.
Расчленение забоя на две части обеспечивает его устойчивость в менее прочных породах. Недостатками способа являются: большая доля ручного труда; неполная возможность использования мощного проходческого оборудования и, как следствие, более низкие скорости проходки, чем при способе сплошного забоя на полное сечение.
Этот способ целесообразно применять только при сооружении выработок малой длины, когда экономически невыгодно применять мощное оборудование, или в породах, где забой при полной высоте выработки недостаточно устойчив.
Уступный способ следует применять в трещиноватых скальных породах средней крепости с f от 2 до 4 при любой высоте выработки, а также в породах с f 4 при высоте выработки более 10 м. Существует несколько схем этого способа, но в практике строительства транспортных тоннелей наиболее широко
294
распространен способ нижнего уступа. В первую очередь проходят калотту сразу на всю длину выработки (в коротких тоннелях) или с отставанием штроссы на 30 150 м. В зависимости от устойчивости пород применяют различные варианты способа нижнего уступа.
Вскальных породах вначале производят разработку породы
иустановку временной крепи: анкеров, набрызг-бетона, металлических арок – в калотте, а затем те же операции выполняют в штроссе и только после этого возводят бетонную обделку в своде
истенах тоннеля,как при способесплошногозабоя(рис.8.3, а).
Вболее слабых и сильнотрещиноватых породах и в тоннелях большого поперечного сечения после разработки породы и установки временной крепи в калотте бетонируют свод тоннеля
обычно на расстоянии 30 50 м от забоя. При этом в пяты свода |
|||||||||
закладывают рандбалки – продольные балки из двутавров или |
|||||||||
рельс длиной 8 10 м либо уширяют пяты обделки свода. После |
|||||||||
снятия опалубки разрабатывают породу в штроссе, устанавлива- |
|||||||||
ют временную крепь – металлические стойки, подводят их под |
|||||||||
рандбалки. Затем бетонируют стены выработки в зависимости от |
|||||||||
устойчивости породного массива на расстоянии 10 50 м от за- |
|||||||||
|
|
|
боя штроссы (рис. 8.3, б). |
||||||
а) |
б) |
|
|
При |
|
проходке |
ка- |
||
3 |
2 |
|
лотты на всю длину тон- |
||||||
1 |
|
5 |
неля разработку, погруз- |
||||||
1 |
ку и откатку породы, |
ус- |
|||||||
|
|
|
тановку временной крепи |
||||||
2 |
3 |
4 |
выполняют |
аналогично |
|||||
|
|
|
работам |
при |
способе |
||||
|
|
|
сплошного |
|
забоя. |
При |
|||
Рис. 8.3. Порядок выполнения ра- |
|
одновременной |
|
разра- |
|||||
|
ботке калотты и штрос- |
||||||||
бот при уступном способе: а) в скаль- |
|
сы, когда забой калотты |
|||||||
ных породах; 1 – проходка калотты; 2 – |
|
опережает нижний уступ |
|||||||
проходка штроссы; 3 – возведение об- |
|
на 30 150 м, организу- |
|||||||
делки; б) в слабых породах; 1 – проход- |
|
||||||||
ка калотты; 2 – возведение свода; 3 – |
|
ются |
два |
|
независимых |
||||
проходка штроссы; 4 – возведение стен; |
|
забоя, в каждом из кото- |
|||||||
5 – рандбалки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
295
рых размещаются свои машины и механизмы для разработки, погрузки и транспортирования породы (рис. 8.4).
Разработку породы осуществляют буровзрывным способом, а в породах с f 4 6 применяют также проходческие комбайны
(рис. 8.5).
А 
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
А
Рис. 8.4. Способ нижнего уступа: 1 – породопогрузочная машина; 2 – самоходный вагон; 3 – бурильная установка; 4 – проходческий вагон с донным конвейером; 5 – электровоз; 6 – буровой агрегат
Рис. 8.5. Технологическая схема проходки тоннеля с применением комбайна: а – проходка калотты комбайном; б – разработка штроссы буровзрывным способом; 1 – комбайн; 2 – навесное оборудование для обуривания крепких пород; 3 – пылеулав-
296
ливающая установка ППУ-2; 4 – самоходный вагон 5ВС-15 РВ; 5
– погрузочная машина ПНБ-Зк; 6 – вагон ВПК-10; 7 – электровоз 14КР; 8 – буровая рама
Бурение забоя в калотте производят самоходными бурильными установками типа СБУ или УБШ, нижний уступ обуривают чаще всего буровыми станками на гусеничном ходу, устанавливаемыми на почве калотты (нисходящими скважинами). В этом случае обеспечивается независимость бурения и погрузки породы, что сокращает время проходческого цикла (рис. 8.6).
Для обуривания забоя нижнего уступа применяют также горизонтальное расположение шпуров с использованием бурильных установок СБУ или УБШ (рис. 8.7).
Транспортная связь между верхним и нижним горизонтами выработки осуществляется различными вариантами. В некоторых случаях устраивают передвижной помост с бункером, в который выгружают породу из калотты с помощью шахтных вагонеток небольшой вместимости, и краном для подачи материалов наверх и дос-
Рис. 8.6. Схема проходки тоннеля |
тавки в забой калотты. Из |
|||
бункера породу перегру- |
||||
способом нижнего уступа с наклонным |
||||
расположением |
скважин: I – калотта; |
жают |
в большегрузный |
|
II – штросса; |
1 – станок вертикального |
транспорт нижнего гори- |
||
бурения; 2 – скважины; 3 – экскаватор; |
зонта и доставляют на |
|||
4 – самосвал |
|
поверхность. Но при этом |
||
|
|
варианте неизбежно сни- |
||
|
|
жается |
производитель- |
|
|
|
ность погрузки и разра- |
||
|
|
ботки породы в нижнем |
||
|
|
уступе из-за стесненно- |
||
|
|
сти в |
пределах забоя |
|
|
|
штроссы (см. рис. 8.7). |
||
Рис. 8.7. Схема проходки тон- |
Чаще на практике |
|||
принимают другой вари- |
||||
неля способом нижнего уступа с го- |
|
|
||
ризонтальным расположением шпу-
297
ров и передвижным помостом: 1, 5 – погрузочные машины; 2 – анкеры;