2527

ант, когда породу из калотты сбрасывают из самоходных вагонов или транспортера вниз к разрыхленной породе нижнего уступа и убирают совместно и одновременно. В этом случае должно быть обязательное совмещение погрузки во времени в обеих частях выработки. Материал подают вверх по разровненному участку породы и настилу, т.е. делают съезд для транспорта, или с помощью передвижного крана, стоящего на уступе, когда убрана порода в нижнем забое.

Транспортирование породы в калотте при одновременной проходке верхнего и нижнего забоев осуществляется: при расстоянии 100 150 м между ними – в самоходных вагонах, реже в автосамосвалах (с применением поворотного круга), при расстоянии25 40м–ленточнымитранспортерамитипаППЛ-1иУПЛ-2.

Бетонирование выполняют с помощью оборудования, аналогичного используемому при способе сплошного забоя.

Достоинства способа: высокая производительность труда; большая безопасность работ (под готовым бетонным сводом); облегчение буровзрывных работ и экономия ВВ благодаря наличию второй обнаженной плоскости нижнего уступа; уменьшение длительности проходческого цикла благодаря совмещению работ по бурению нисходящих скважин и погрузке породы; упрощение работ по возведению временной крепи и обделки в калотте тоннеля.

Недостатки: при последовательной схеме – увеличение сроков строительства, при параллельной – сложность организации работ в двух забоях; необходимость устройства дорог и коммуникаций на обоих горизонтах; наличие разнотипного оборудования для верхнего и нижнего забоев при нисходящем бурении; увеличение общего времени строительства.

8.2.СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

ВСЛАБЫХ ПОРОДАХ

(с раскрытием выработки по частям)

При сооружении тоннелей на их трассе могут быть встречены породы, которые резко отличаются своими физикомеханическими свойствами, а также участки с тектоническими

298

нарушениями, где породы сильнотрещиноваты и даже могут быть раздроблены и перемяты. В этих условиях возникает весьма значительное горное давление и невозможно разрабатывать забой тоннеля одновременно по всему сечению сплошным забоем или хотя бы уступным способом. Для сооружения тоннелей в таких условиях практикой тоннелестроения разработаны и применяются горные способы производства работ с раскрытием забоя выработки по частям. Эти способы появились более 160 200 лет тому назад и в свое время полностью соответствовали уровню производительных сил и технике тоннелестроения. Их характерной особенностью является значительная протяженность фронта работ, большая трудоемкость и ограниченная возможность применения современных высокопроизводительных машин и механизмов. Поэтому эти способы отличаются крайне низкими скоростями проходки тоннелей, составляющими менее 20 25 пог. м в месяц.

В настоящее время такие способы в их классическом виде применяют редко и на участках ограниченной длины – до 300 м. Обычно они модернизируются в той или иной мере за счет применения прогрессивных методов разработки пород, механизации погрузочных и откаточных работ, новых видов временной крепи. А при сооружении тоннелей большой протяженности в сложных инженерно-геологических условиях обычно вместо горных способов применяют щитовой способ проходки.

Способ опертого свода применяют в слабых скальных и нескальных породах с f = l 4, которые способны выдержать давление от пят свода обделки (мергели, твердые глины, плотные суглинки и скальные трещиноватые породы). Идея способа заключается в том, чтобы предотвратить осадки кровли и развитие горного давления путем быстрого возведения обделки в своде, а затем подведения стен под пяты свода.

Применяют три схемы этого способа: одноштольневую – в сухих породах, двухштольневую – в водонасыщенных породах, с опережающей калоттой.

Работы по одноштольневой схеме производятся в следующем порядке: вначале проходят верхнюю штольню, затем на расстоянии 40 50 м от ее забоя раскрывают калотту, но не по всей

299

трубки диаметром 15 30 мм для нагнетания раствора за обделку

(см. рис. 8.10).

При двухштольневой схеме проходку начинают с проведения нижней штольни, которая служит для транспортирования породы и материалов, а также для отвода воды (рис. 8.11). С отставанием от нее на 30 40 м проходят верхнюю штольню, соединяемую с нижней вертикальными или наклонными выработками:

300

фурнелями через 12 м, служащими для сброса породы вниз, и бремсбергами через 30 м, служащими для подачи материалов на-

а) б)

Рис. 8.10.

Схема возведения стен под свод: а – возве-

Верх обделки

верх. Затем раскрывают калотту, возводят бетонный свод. Далее разрабатывают среднюю и боковые штроссы, возводят стены. В последнюю очередь разрабатывают породу в основании тоннеля и укладывают бетон лотка или обратного свода. Соединительные выработки – фурнели и бремсберги – показаны на рис. 8.12 и 8.13.

Схема с опережающей калоттой отличается тем, что отпадает необходимость в штольнях (рис. 8.14). Проходку калотты осуществляют сплош-

Рис. 8.12. Рассечка верхней

штольни: 1 – ходок (фурнель); 2 –

301

людское отделение; 3 – полок над

ным забоем заходками по 1 1,5 м. С небольшим отставанием от забоя (15 20 м) бетонируют свод. Затем разрабатывают среднюю штроссу и бетонируют стены. После чего разрабатывают лоток и бетонируют его. По этой схеме уменьшаются расходы на проходку штолен и раскрытие калотты.

Достоинства способа опертого свода: возможность быстрого возведения жесткого бетонного свода, что позволяет уменьшить осадки кровли и окружающей породы и обеспечить безопасность ведения работ при разработке нижней части сечения выработки; надежность, простота и сравнительная экономичность выполнения работ. Недостатком этого способа является сложность подводки стен под пяты свода, что требует выполнения ручных работ по бетонированию плотного примыкания с соблюдением строгой последовательности подводки стен отдельными кольцами.

Способ опорного ядра применяют в слабых малоустойчивых породах с f = 0,5 2 и большим горным давлением, которые не могут воспринимать давление от свода обделки (глины, суглинки, пески, моренные отложения). Его целесообразно применять в городских условиях, где совершенно недопустимы осадки поверхности, а также при восстановлении разрушенных тоннелей.

303

преждевременных подвижек породы ядра и предохранения стен обделки. Затем аналогично разрабатывают и бетонируют второй ярус. К моменту завершения работ в верхнем ярусе должна быть пройдена верхняя штольня. Затем раскрывают калотту кольцами длиной по 4 м с интервалами в 2 3 кольца. Бетонирование свода производят с опиранием его на готовые стены. После набора прочности бетоном свода (60 % проектной прочности) на всем участке приступают к разработке ядра с использованием породопогрузочных машин или тоннельных экскаваторов. В последнюю очередь разрабатывают и бетонируют обратный свод.

Достоинства способа опорного ядра: надежность, т.е. безопасность проходки в самых сложных инженерно-геологических условиях; возможность сооружения обделки без подводки ее элементов, начиная со стен; обеспечение хорошего осушения породного массива. Недостатками способа являются: малые скорости проходки, большая трудоемкость работ и неэкономичность, связанная с проходкой большого числа штолен и возведением монолитной обделки по частям; многошовность обделки в поперечном сечении, ухудшающая ее качество; стесненность работ и сложность их механизации при сооружении обделки.

В настоящее время при проходке тоннелей в слабоустойчивых скальных и полускальных породах способ опорного ядра был усовершенствован с заменой деревянной крепи на металлическую и железобетонную. При сооружении автодорожного тоннеля «Лаймерн» (Швейцария) в рыхлых слабоустойчивых породах применяли модернизированнуюсхемуспособаопорногоядра(рис.8.16).

Вначале проходили боковые штольни с помощью отбойных молотков и погрузкой породы ковшовыми погрузчиками в ваго- ны-думпкары. Временной крепью служили металлические арки. После проходки штолен на длину 12 15 м приступали к бетонированию стен тоннеля. Затем разрабатывали калотту с установкой арок временной крепи с шагом 1 м. Выемку породы в калотте производили отбойными молотками и отвозили в погру- зочно-доставочных машинах. Бетонная обделка свода возводилась под защитой временной крепи. После разработки калотты проходили штроссу. В последнюю очередь бетонировали плоский лоток.

304

Породу в калотте и штроссе разрабатывают с помощью тоннелепроходческих машин или буровзрывным способом в зависимости от крепости пород.

Способ раскрытия сечения тоннеля на полный профиль по частям применяют в слабоустойчивых породах, оказывающих на крепь вертикальное и боковое давление с f = l 3, при невозможности применения способа опертого свода (мягкие неводоносные глины, слабые суглинки, супеси). Данный способ обычно используют при сооружении камер для монтажа проходческих щитов и проходке участков тоннеля небольшой длины. Сущность способа состоит в расширении выработки на полный проектный профиль и закреплении ее системой временной крепи, под защитой которой сооружается обделка тоннеля, начиная со стен и кончая сводом. Все работы по проходке и бетонированию сосредоточены в пределах одного кольца длиной 3 4 м при кольцевой схеме или в пределах до 18 колец (50 70 м) при поточной схеме производства работ (рис. 8.18, 8.19).

По всей длине участка проходят нижнюю направляющую штольню, которая служит для открытия промежуточных забоев по расширению сечения и транспортирования породы и материалов. Затем проходят верхнюю штольню на длину не менее трех колец и не более 50 м. Раскрывают калотту с постановкой временной крепи в пределах кольца. Постепенно раскрывают части штроссы до подошвы выработки и затем снизу вверх возводят

306

Рис. 8.18. Схема производства работ способом полностью раскрытого профиля: 1 – нижняя штольня; 2 – верхняя штольня; 3 – малая калотта; 4 – большая калотта; 5 – центральная штросса; 6 – боковая штросса; 7 – возведение обделки стен; 8 – то же свода; 9 – разработка лотка; 10 – бетонирование обратного свода

Рис. 8.19. Схема организации работ при способе полностью раскрытого профиля (позиции см.

обделку из бетона в стенах и своде выработки. В последнюю очередь разрабатывают обратный свод и бетонируют его. После раскрытия каждой части забоя тоннеля немедленно ставят временную крепь.

Арки и стойки временной крепи поддерживаются прогона- ми-лонгаринами и торцевыми фермами, которые убираются по мере бетонирования (рис. 8.20). Стойки торцевых ферм опираются на швеллеры, укладываемые по подошве очередного яруса штроссы после его разработки.

Достоинства способа полностью раскрытого профиля по частям: возможность непрерывного бетонирования обделки в пределах кольца, чем обеспечивается ее монолитность; широкий фронт работ, позволяющий развивать достаточно высокие скорости сооружения тоннеля, до 75 м/месяц, при поточной схеме производства работ; быстрое возведение обделки в пределах одного кольца при кольцевой схеме производства работ, что не позволяет развиться большому горному давлению.

307