2527

Рис. 12.9. Варианты скользящей опалубки: а – секции соединены парными шарнирами; б – секции с прорезями; в – секции соединены через упругие элементы; 1 – секция; 2 – шарнир; 3, 5 – полубобышки; 4 – вставка; 6 – шайба; 7 – кольцо

мещается вместе с ним, поэтому исключаются операции по разработке и сборке секций опалубки. Гибкость конструкции скользящей опалубки обеспечивает высокое качество обделки, ровную и гладкую поверхность, водонепроницаемость, а также повышенную маневренность щитового комплекса, т. е. возможность сооружения тоннеля и на кривой.

Основное преимущество гибкой скользящей опалубки заключается в уменьшении трудоемкости и возможности бетонирования обделки одновременно с передвижением щита.

368

Г л а в а 13

ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

ЩИТОВЫМ СПОСОБОМ

13.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКИ

При сооружении тоннелей щитовым способом выполняются следующие технологические операции: подготовительные работы, выемка породы, монтаж обделки, нагнетание раствора за обделку, гидроизоляция обделки.

Подготовительные работы. До начала проходки тоннеля выполняют работы по сооружению монтажной камеры, сборке и опробованию щита. Камеру для сборки щита располагают на трассе сооружаемого тоннеля. Внутренние габариты камеры обусловлены размерами щита и удобством работ по его монтажу. Камеры сооружают одним из горных способов.

Обычно обделка камеры выполняется из монолитного бетона, реже из чугунных и железобетонных тюбингов. Высота и ширина камеры определяются диаметром щита и зазорами: между щитом и сводом камеры в пределах 0,5 0,75 м и по бокам щита 0,75 0,8 м. Длина камеры 6 8,5 м (рис. 13.1). Для сборки щитов камеры оборудуют подъемными механизмами - лебедками грузоподъемностью 3 5 т и талями. В своде камеры для перемещения блока и талей закрепляют продольные балки. В лотке камеры устраивают бетонную подушку с забетонированными направляющими рельсами. Обычно на монтажные работы и испытание щита затрачивают 1 2 месяца. После окончания сборки щита и монтажа оборудования вводят щит в забой. Для передвижки щита из камеры используют нижние щитовые домкраты, упором для которых служат тюбинги обделки, укладываемые в лотковой части камеры.

При сооружении тоннелей мелкого заложения сборку щита производят в котловане для станции метрополитена. В котловане для сборки щита у портала устраивают бетонную подушку с

369

рельсовыми направляющими, на которых монтируют щит при помощи кранов (рис. 13.2). Для ввода щита в забой устраивают железобетонный или металлический упор.

Рис. 13.1. Щитовые камера (а) и полукамера (б)

Рис. 13.2. Монтаж щита в котловане: 1 – щит; 2 – котлован; 3 – опорные тюбинги; 4 – упор; 5 – кружала; 6 – направляющий лоток

370

Выемка породы. Разработку породы в забое производят в механизированных щитах исполнительным породоразрушающим органом, который находится на месте ножевого кольца, а в немеханизированных – отбойными молотками и буровзрывным способом. Проходчики размещаются в пределах ножевого кольца щита на его горизонтальных площадках и выдвижных платформах. Шпуры бурят ручными перфораторами или электросверлами. Породу сбрасывают вниз и грузят породопогрузочными машинами на наклонный конвейер или вагонетки, иногда используют автосамосвалы. В щитах среднего диаметра применяют погрузочные машины типа ППН, в щитах большего диаметра – типа ПНБ.

Монтаж обделки. Обделку собирают в хвостовой части щита, непосредственно под его оболочкой. Тюбинги или блоки подаются к механическому укладчику на платформахтюбинговозках или при помощи рольгангов. К захвату укладчика элементы обделки прикрепляют болтами. Кольца обделки собирают с перевязкой продольных швов за счет смещения блоков смежных колец (для увеличения жесткости). При сборке тюбингов в первую очередь укладывают плоский нижний тюбинг, к которому симметрично, с обеих сторон, присоединяют остальные тюбинги. В заключение устанавливают ключевой тюбинг. Сболчивают тюбинги пневматическими сболчивателями. При выходе колец обделки из-под оболочки щита болты трех последних колец во избежание появления эллиптичности повторно подтягивают. Отклонение колец обделки в плане и профиле допускается не выше ± 50 мм, а эллиптичность колец в укладке не должна превышать ±25 мм. В связных мягких породах во избежание расстраивания колец при сходе с оболочки щита блоки можно укладывать непосредственно на почву выработки, для чего нижнюю половину оболочки щита удаляют.

Сборку колец обделки из блоков при использовании рычажных и кольцевых укладчиков начинают с укладки нижнего блока. Остальные блоки укладывают попеременно и симметрично, с обеих сторон до половины кольца. Блоки верхней половины кольца при укладке поддерживаются выдвижными балками, смонтированными на опорной конструкции укладчика. Укладку

371

блоков при помощи дугового или кассетного укладчика начинают с верхнего блока, а замыкание кольца производят в лотке. Взаимное смещение блоков в кольце по продольным стыкам не должно превышать ±10 мм, а по кольцевым ±15 мм. Блоки по торцам фиксируют шпильками.

После продвижения щита и схода обделки с оболочки образуется строительный зазор, который ликвидируют путем нагнетания раствора, обжатия обделки в породу либо повторным прессованием монолитной обделки.

Нагнетание раствора за обделку. Нагнетание служит для заполнения пустот с целью предупреждения осадки поверхности, создания упругого отпора породы и улучшения гидроизоляции обделки. Нагнетание выполняют в два этапа: первичное и контрольное. Схема установки инъекторов для нагнетания приведена на рис. 13.3.

Первичное нагнетание производят цементно-песчаным раствором вслед за возведением обделки в первое кольцо, выходящее из-под оболочки щита. Состав раствора зависит от степени обводненности и типа обделки. Соотношение цемента и песка в обводненных породах составляет 1:2, в сухих породах – 1:3. Раствор нагнетается пневморастворонагнетателями под давлением 0,3 0,5 МПа за обделку в каждое кольцо последовательно, от нижних блоков к ключевому. Во избежание лишнего расхода раствора зазоры между оболочкой щита и обделкой уплотняют при помощи торцевых прокладок со стороны домкратов и паклей на цементном растворе. Более целесообразно для этой цели иметь уплотнительное кольцо, которое разжимается в хвостовой оболочке щита при помощи распорного домкрата, а по торцевой поверхности обделки футеруется резиновыми плитами.

Контрольное нагнетание производят чисто цементным раствором при давлении до 1 МПа, обычно на расстоянии 30 50 м от забоя. В обводненных породах контрольное нагнетание за обделку из сборного железобетона выполняют после чеканки швов и отверстий для первичного нагнетания, за чугунную обделку – до чеканки швов. В сухих породах при всех видах обделки контрольное нагнетание выполняют после чеканки швов обделки. Нагнетание раствора не производят в плывунах и водонасыщен-

372

Рис. 13.3. Установка инъекторов для первичного нагнетания за сборную обделку из железобетонных блоков (а) и для контрольного нагнетания (б): 1 – овальное отверстие блока обделки; 2 – овальная металлическая пластина; 3 – железобетонный блок обделки; 4 – инъектор; 5 – резиновая прокладка; 6 – пластины, наваренные на гайку; 7 – гайка; 8 – упругий наполнитель; 9 – слой первичного нагнетания; 10 – натяжная гайка; 11 – пробковый кран; 12 – манометр

ных песках, а также за сборную, обжатую в породу обделку. Для монолитно-прессованной обделки в слабых и сильнотрещинованых породах применяют только контрольное нагнетание.

Гидроизоляция обделки. При обделке из чугунных тюбингов гидроизоляцию выполняют одновременно с возведением обделки. Во время сболчивания тюбингов устанавливают гидроизоляционные шайбы из полиэтилена, которые обжимаются стальными сферическими шайбами с асбоцементным наполнителем (рис. 13.4). Швы между тюбингами зачеканивают с помощью специальных чеканочных молотков замазкой из расширяющегося или быстро твердеющего расширяющегося цемента, а в более от-

ветственных случаях – освинцованным шнуром с асбестобитумриал ным сердечником. Гидроизоляцию железобетонной обделки выполняют на расстоянии не менее 25

м от забоя. Стыки в железобетонной обделке изолируют замазкой из расширяющегося цемента без расчеканки, эпоксидно-фурановой мастикой и быстросхватывающимся уплотняющим составом БУС (смеси глиноземистого расширяющегося цемента, порт-

373

ландцемента и хлоризотилового асбеста). Водонепроницаемость железобетонного блока достигается путем ввода в тело бетона блока тонких стальных листов или чугунных плит либо покрытием поверхности блока термогерметиками, распыляемыми в несколько слоев толщиной по 0,6 0,8 мм. Для гидроизоляции стыков и отверстий железобетонной обделки применяют также аэрированные растворы из обычного портландцемента с вспенивающимися добавками, что обходится дешевле применения цементов и БУС.

13.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКИ

Выполнение основных операций при сооружении тоннелей щитовым способом, подбор необходимого для этих целей оборудования и организация производства работ обусловливаются принятой технологической схемой сооружения тоннеля. В зависимости от инженерно-геологических условий возможны различные технологические схемы производства работ, при которых используются соответствующие щитовые комплексы. В состав щитового комплекса входят: проходческий щит, укладчик сборной обделки или оборудование для возведения монолитнопрессованной обделки, технологическая платформа, на которой смонтированы перегрузочный и ленточный конвейеры с бункером для погрузки породы в вагонетки, оборудование для нагнетания растворов за обделку и гидроизоляционных работ, грузоподъемные механизмы.

Применение механизированных комплексов обеспечивает устойчивые высокие скорости проходки тоннелей (до 400 500 м/мес. и более).

Для достижения высоких технико-экономических показателей при щитовой проходке и обеспечения полного использования производительности щита необходимо выполнить ряд условий: максимально механизировать проходческие работы, создать поточную организацию работ при непрерывности последовательно выполняемых операций, разработать оптимальное совмещение отдельных видов работ в проходческом цикле.

Технологические схемы механизации щитовых работ отличаются, главным образом, способами разработки породы и крепления кровли и лба забоя. Все остальные операции по погрузке и

374

транспортированию породы, возведению и гидроизоляции обделки выполняются во всех схемах аналогично (рис. 13.5 13.7).

Практика применения технологических схем сооружения перегонных тоннелей метрополитена и транспортных тоннелей позволила установить следующее:

1)в легких породах (типа песков с включением суглинков и супесей) наиболее целесообразно применять щиты с рассекающими площадками, оборудованными механизмами для разработки и погрузки породы и транспортирования ее от забоя с помощью конвейера;

2)в более плотных и прочных породах необходимо применять механизированные щиты с рабочими органами, принятыми для разработки конкретных типов пород: роторными, стреловыми, фрезерными, экскаваторными;

3)в неустойчивых водонасыщенных породах следует применять механизированные щиты с различными способами пригрузкизабоя:водой,глинистымраствором,шламом,грунтом,пеногрунтом;

4)основным типом обделки тоннелей можно считать тюбинги и блоки из сборного железобетона и чугуна. Совершенствованием сборных обделок является применение обжатых в породу обделок. В настоящее время ведутся работы по созданию экономичных обделок из легких бетонов на пористых заполнителях, самонапрягаемых бетонов, полимербетонов, высокопрочных чугунов, шлакокаменного литья и пр.;

5)при сооружении тоннелей большой протяженности в породах с естественной влажностью возможно применение для обделки монолитно-прессованного бетона;

375

ления породы от массива, погрузки и транспортирования ее от забоя. Возведение сборной обделки осуществляется в немеханизированных щитах последовательно, а в механизированных щитах – параллельно с работами в забое;

7) дальнейшее совершенствование технологии щитовой проходки направлено на: расширение области применения механизированных щитов, создание универсальных щитовых агрегатов и комплексов, построенных на модульном принципе; автоматизацию проходческих работ; обеспечение устойчивости породного массива, особенно при проходке в слабоустойчивых и неустойчивых породах; более широкое использование конвейеров и трубопроводов для удаления породы из забоя; совершенствование систем ориентирования и ведения щитов по трассе; роботизацию монтажа обделки.

А

Рис. 13.6. Технологическая схема сооружения тоннеля механизированным щитовым комплексом КТ-8,5 Д2 с транспортировкой породы автосамосвалами: 1 – выдвижные шандоры; 2 – экскаваторные рабочие органы; 3 – пульт управления; 4 – укладчик тоннельной обделки кольцевого типа; 5 – транспортер-перегружатель; 6 – ленточный конвейер; 7 – технологическая тележка; 8 – тележка для чеканочных работ; 9 – вентиляционный трубопровод; 10 – разминовочная эстакада; 11 – самосвальный автопоезд МоАЗ-6401-9585; 12 – нагнетатель раствора; 13 – погрузочное устройство

377