книги из ГПНТБ / Попов, В. Л. Проектирование подземных сооружений в системе деривационных ГЭС учеб. пособие

- 70 -

нием элементов обделки в слабые горные породы. Конструктивную податливость имеют арочные металлические обделки из спеирро-

филя, металлические или железобетонные обделки со специаль­ ными легко сминаемыми (обычно деревянными) вкладышами. Подат­

Податливые обделки существенно снижают потребность в боль­ шой несущей способности, особенно при подработке подземных со­ оружений другими выработками, однако их срок службы ограничива­ ется временем исчерпания податливости. При отсутствии подработ­ ки и при длительных сроках службы подземного сооружения приме­ няют обделки только с жесткой характеристикой.

Из производственных требований обделка должна обеспечивать выполнение основных производственны? процессов как при строи­ тельстве-, так и при эксплуатации подземного сооружения. Она не должна стеснять передвижение лодей и грузов по выработкам, оказывать большого сопротивления движению воды в гидротехниче­ ских туннелях. Обделка должна быть стойкой в пожарном отноше­ нии, по возможности занимать меньше места в выработке. Важным производственным требованием является возможность механизации обделки и скорость ее возведения.

•К числу экономических требований относятся: минимальная стоимость обделки и наименьшие трудовые затраты на ее возведе­ ние; минимальные затраты на ее поддержание и ремой?’ ; соответст­ вие материала обделки полному сроку службы подземного сооруже­ ния.

По основному материалу обделка подразделяется на бетонную, железобетонную, металлическую рамную, металлическую тюбинговую, металлическую анкерную, деревянную, кирпичную, бетонитовую и смешанную. Смешанная обделка состоит из двух или более разно­ родных материалов без значительного преобладания одного из них.

Если обделка возводится для поддержания кровли только в течение небольшого промежутка времени до момента установки ос­ новной (постоянной) обделки, то она называется временной. Вре­

- 71 -

менная обделка выполняется в виде металлических или дере­ вянных рам, металлических арок, анкеров. Металлическая вре­ менная обделка часто не извлекается при возведении постоян­ ной, а замоноличлвается бетоном и выполняет роль жесткой арматуры.

Конструкция подземного сооружения существенно зависит от направления его продольной оси. Принято различать гори­ зонтальные, наклонные и вертикальные подземные сооружения.

Велико разнообразие конструктивных форм подземных сооружений. При отсутствии крепи форма может быть прямоугольной, сводча­ той, подковообразной (рис. 10). в )

Рис.10. Формы подземных сооружений при отсутствии крепи:

а - прямоугольная; б - сводчатая; в - подковообразная

подковообразной, круглой. Для монолитной железобетонной кре­ пи, кроме перечисленных, может быть принята прямоугольная форма.

Конструктивная форма подземного сооружения, закреплен­ ного сборным железобетоном (рио.12), может быть прямоуголь­ ной, полигональной (многоугольной), арочной, подковообразной, круглой.

/ч

----------- — 4

Рис. 12. Формы подземных сооружений гз сборного,

железобетона:

а - прямоугольная; б - полигональная; в - арочная; подковообразная; г - круглая

/

- 73 -

Для металлической крепи характерно большое разнообразие форм (рис.13) : стрельчатая, арочная, кольцевая, полигональ­ ная, трапециевидная.

Рис. 13. Форма конструкции металлической крепи:

*

а - стрельчатаяj б - арочная; в - кольцевая; г - полиго­ нальная; д - трапециевидная

Деревянная крепь может иметь разнообразные формы: прямо­ угольную, трапециевидную (рис.14) и полигональную, и очень сложную форму в виде системы стропил и распорок (р и с.15).

В зависимости от величины и интенсивности горного давле­ ния при небольшом горном давлении принимают прямоугольную, трапециевидную или сводчатую формы. При более значительном горном давлении принимают арочную, стрельчатуюt подковообраз­ ную, полигональную формы. При сильном и неравномерном горном -давлении принимают овальную или круглую форму. __ _

- 74 -

Рис. 14. Конструктивные-формы деревянной крепи:

а - прямоугольная; б - трапециевидная

2. Выбор материала обделок

Материал обделки выбирают с учетом технических, произ­ водственных и экономических требований. Важными факторами, . влияющими на выбор крепежного материала, являются характер проявлений горного давления и его величина, срок службы под­ земного сооружения, возможность механизации возведения обдел­ ки, а также затраты на проведение и поддержание выработки.

-75 -

Впрактике подземного строительства получили распростра­ нение следующие крепежные материалы: бетон, железобетон, тор­ крет-бетон, набрызг-бетон и металл. Для временных обделок при­ меняют дерево. В ряде случаев применяют естественные и кскусст венные камни.

Бетон представляет собой искусственный строительный мате­ риал, получаемый в результате затвердевания смеси из песка, щебня (или гравия), вяжущего вещества и воды. Для изготовле­ ния крепей и обделок применяют главным образом гидравлические

прочность и водонепроницаемость крепи. Этот бетон требует при укладке тщательного трамбования или вибрирования. Пластичный

а) • б)

Рир. 15. Конструктивные формы деревянной крепи: .

а - полигональная; б - в виде системы стропил и распорок

Вмонолитных железобетонных обделках применяют

- 77 -

Торкрет-бетоном называют строительный материал, получае­ мый в результате затвердевания смеси из песка, вяжущего ве­ щества и воды, наносимый слоями при помощи сжатого воздуха на поверхность обнаженных пород выработки. Торкрет-бетон при затвердении прочно сцепляется с породами, образуя бетонную оболочку. Для большей надежности крепления наносят два-три слоя бетона. Благодаря хорошему уплотнению, производимому при нанесении ожатым воздухом, торкрет-бетон обладает высо­ кой прочностью, превышающей прочность монолитного бетона в 1,5-2 раза. Приготовление смеси и нанесение торкрет-бетона струей сжатого воздуха производится специальным аппаратом, называемым цементной пушкой или торкрет-пушкой. В ряде слу­ чаев торкрет-бетон наносят на проволочную оетку, тем самым значительно повышают его прочность на растяжение и устойчи­ вость. Часто торкрет-бетон применяют в сочетании с анкерной или металлической арочной крепью.

Набрызг-бетон (его еще называют шприц-бетон) также на­ носится слоями на поверхность обнаженных пород выработки сжа-

.тым воздухом. Он отличается от торкрет-бетона наличием в омо-

шины. Прочность набрызг-бетона в два-три раза выше прочности монолитного бетона, приготовленного из тех же материалов. Набрызг-ботон обладает высокой плотностью и водонепроницае­

Металл благодаря своей прочности, долговечности и кон­ структивным возможностям находит широкое применение в под­

7b -

земном строительстве, для изготовления металлических обде­ лок применяют малоуглеродистые и низколегированные про­ катные стали. Прокатные стали применяют главным образом в *■ виде двутавровых и швеллерных балок, рельсов и балок специ­ ального желобчатого профиля. Для изготовления анкеров при­ меняют круглую сталь диаметром 20-30 мм. Стальные тюбинги и оболочки напорных водоводов изготовляют из листового проката толщиной до 40 - 50 мм. Чугун применяют для изготовления тю­ бингов и вспомогательных частей обделок ( башмаков, опор, утюгов и т .п .> .

Дерево имеет широкое распространение при подземном строительстве в качестве временной крепи, так как является наиболее доступным и дешевым крепежным материалом. Изготов­ ление крепи из дерева наименее сложно и может быть осуществле но непосредственно на рабочем месте. Дерево также применяется для изготовления опалубок, вентиляционных дверей, передачек, полков, лестниц. Достоинством дерева является относительно высокая прочность при небольшом весе, упругость, легкость и быстрота обработки. Недостатками дерева являются недолговеч­ ность из-за склонности к гниению и неогнестойкость. Для гор­ ной крепи применяют в основном сосну, ель, лиственницу, дуб, кедр и пихту.

Естественные камни из известняка, гранита и крепкого песчаника применяются для кладки фундаментов и стенок обделок горизонтальных выработок. Искусственные камни - кирпич, бето­ ниты и литые шлаковые камни - имеют более широкое применение, чем естественные. Существенным недостатком каменных материа­ лов является трудность механизации процессов возведения ^бделки. Поэтому обычно каменные материалы применяют при не­ больших объемах горных работ. Также не рекомендуется широ­ кое применение монолитной железобетонной крепи с гибкой арма­ турой вследствие затруднений с механизацией изготовления арма туры.

Хорошо поддается механизации возведения обделки монолит­ ная бетонная и сборная железобетонная пли металлическая ( в

79 -

3. Устойчивость подземных сооружений

9

в

При* отсутствии обделки конструкция подземных сооружений представляется одними горными породами, частицы которых выпол­ няют роль конструктивных элементов (свода, стен, подошвы) под­ земного сооружения. Для определения возможности оставления подземного сооружения без обделки производится оценка устой­ чивости обнажений путем сравнения растягивающих и сжимающих ' напряжений в массиве вокруг подземного сооружения с соответ­ ствующими пределами прочности горных, пород.

Результаты анализов и лабораторных исследований показали, что проведение горной выработки нарушает первоначальное устой­ чивое равновесие пород и приводит к перераспределению и изме­

нению напряжений. Установлено, что вокруг горной выработки

о

происходит возрастание напряжений, характеризуемое коэффициен­ том концентрации, который соответствует откошению величины на-