книги из ГПНТБ / Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения

Д лина анкерз 13 ч

Рис. 20. Анкер из пучка высокопрочных проволок:

1 — первичное нагнетание раствора; 2 и 3 — выход раствора и воздуха; 4 — вторичное на­ гнетание раствора; 5 — изоляция

12

2 [

Рис. 21. Последовательность выполнения операции при установке анкера типа VSL:

63

Характеристики наиболее часто применяемых анкеров системы VSL приведены в табл. 22.

До установки анкера в каждой скважине определяют расход грун­ товых вод, который на 1 м скважины не должен превышать 2 л/мин

Таблица 22

в среднем для полной длины скважины и 1 л/мин для участка за­ делки при давлении 10 кгс/см2 в течение 10 мин. При превышении этих величин скважины цементируют, а затем вновь разбуривают. Примерно 10—20% числа скважин до установки анкеров проверяют по направлению и просматривают с помощью специальной установки.

Натяжение анкера осуществляют вначале на нагрузку, равную 65—75% разрушающей нагрузки, и ее выдерживают в течение 10— 20 мин. Окончательное усилие натяжения обычно не превышает 50—60% разрушающей нагрузки, что обеспечивает коэффициент запаса 1,5—2.

Несколько иная конструкция у анкера системы BBRV (Швейца­ рия) [71}. Анкер состоит из пучка высокопрочной проволоки диа­ метром 5—8 мм и размещается в скважине диаметром 100 мм. В отли­ чие от анкера типа YSL, в котором натяжение каждой проволоки происходит по отдельности, в данном случае натяжение на расчет­ ную нагрузку 100 тс происходит за специальный оголовок в один прием. Этот оголовок представляет собой втулку с наружной и вну­ тренней резьбой. Через втулку в просверленные отверстия пропус­ кают и заделывают концы проволок. Наружная резьба позволяет навернуть на втулку стопорную гайку, передающую усилие натяже­ ния на прокладку и далее на породу. Внутренняя резьба служит для присоединения тяги домкрата, а также для крепления наконеч­ ника инъектора, из которого происходит подача цементного раствора в дно скважины. Растекание раствора по длине скважины предотвра­ щается кожаной манжетой.

Оба рассмотренных типа анкеров (VSL и BBRV) имеют пока наибольшее распространение при креплении крупных подземных сооружений. Иногда применяют анкеры из витых стальных тросов, состоящих обычно из 16—20 проволок диаметром 4—6 мм. В 1972 г. опубликован патент фирмы Лозингер на анкер из троса, который раз­ мещается в гофрированной трубе толщиной 1 мм, изготовленной из антикоррозийного материала, высота гофрирования 5 мм. Простран­ ство между стенками скважины и трубой заполняется цементным рас­

64

твором. Трос заделан в натяжную головку. В зазор между тросом и трубой подается цементный раствор, в первую очередь — на участки заделки троса, а после натяжения троса — на остальной участок до стенки выработки.

Анкера из отдельных стержней. Наиболее простая конструкция предварительно-напряженных анкеров представляет собой стержень из арматурной или высокопрочной стали периодического профиля или из труб. Один конец анкера заделывают в скважине, другой — свободный, за который и осуществляется натяжение. Заделка анкера обеспечивается цементным раствором, нагнетаемым за манжету в донную часть скважины или находящимся в перфорированных труб­ ках (типа «перфо»), которые вставляют в дно скважины, или с по­ мощью синтетических смол в ампулах (см. § 4).

Анкера состоят из отдельных стержней длиной 4—6 м, соединя­ емых по длине сваркой или на резьбовых муфтах. Стержни диаметром от 20 до 50 мм выполняют из стали класса А-ІІІ или A-IY. Усилие натяжения от 10 до 100 тс. В отечественных выработках обычно применяют анкера диаметром 32—40 мм, длиной до 12 м и натяже­ нием 40—60 тс. Область применения подобных анкеров расширяется при использовании безрезьбовых муфт, в которых арматура сты­ куется машинкой системы института Оргэнергостроя.

В скважине можно также помещать 5—9 стержней из стали диа­ метром 16—26 мм с нормативным сопротивлением до 150 кгс/мм2. Анкера помещают в полиэтиленовой трубке (кроме участка заделки) и устанавливают в скважине диаметром 100—170 мм. В этой же сква­

изводится гидравлическим домкратом и фиксируется гайкой с про­ кладкой.

Подобная конструкция предварительно-напряженного анкера была разработана в 1969 г. в ГДР институтом водного хозяйства. Анкер, состоящий из пяти стержней диаметром по 26 мм и длиной 10 м с расчетной несущей способностью 100 тс, размещали в скважине диаметром 168 мм. В скважине также размещали нагнетательную и воздухоотводную трубки диаметром по 1/ 2".

Конструкции крепи с применением предварительно-напряженных анкеров. На рис. 22 показана схема крепления подземного машин­ ного зала гидроэлектростанции Вейто в Швейцарии. Эту выработку сооружали в 1965—1967 гг. Площадь поперечного сечения камеры 650 м2, длина 137,5 м, объем 90 тыс. м3. Выработка расположена в известняках и мергелях, слои породы близки к горизонтальным, разоиты большим количеством трещин.

Крепление камеры осуществлено набрызгбетоном толщиной 15 см по сетке из проволоки 4,5 мм с ячейками 100 X 100 мм и 4000 анке­ рами различного типа.

Свод закреплен 366 предварительно-напряженными анкерами типа VSL, состоящими каждый из 34 проволок диаметром 8 мм. Длина анкеров от 11,4 до 18,4 м. Усилие натяжения 170 тс, а

Рис. 22. Схема крепления ма­ шинного зала ГЭС Вейто в Швейцарии;

2 — анкера длиной 11,4—18,4 м, натяжением 135 и 170 тс*123

Рис. 23. Схема крепления машин­ ного зала гидроаккумулирующей станции Ронковальгранде в Италии;

натяжением 60—80 тс

66

закрепления —135 тс. Кроме того, в своде установлено 132 предвари­ тельно-напряженных анкера, состоящих каждый из 24 проволок диа­ метром 8мм. Длина анкеров также от 11,4 до 18,4 м. Усилие натяжения 135 тс, а закрепления — 115 тс. Выбор анкера по усилию натяжения 170 и 135 тс производили по месту. Расстояние между анкерами по периметру выработки составляло от 3 до 4 м, а по длине выработки — 4,3 м. В среднем по сводчатой части выработки на один анкер прихо­ дилось 14 м2 поверхности.

В стенах установлено 155 анкеров той же длины, состоящих каж­ дый из 24 проволок диаметром 8 мм. Усилие натяжения 135 тс, а закрепления — 115 тс. Между глубокими анкерами было устано­ влено 1729 анкеров глубиной 4 м из высокопрочной стали диаметром 15 мм. Усилие натяжения анкеров 18 тс, закрепления — 16 тс. Заделку этих анкеров осуществляли на смолах, позволяющих произ­ водить натяжение анкера через 7—24 ч.

На рис. 23 показана схема крепления машинного зала гидроакку­ мулирующей станции Лейк Делио (Ронковалъгранде) в Италии. Ка­ меру сооружали в 1967—1969 гг. Площадь поперечного сечения вы­

Свод камеры выполнен из железобетона толщиной в замке 0,8 м. Стены закреплены глубокими анкерами типа VSL длиной 16—17 м с усилием натяжения от 22 до 100 тс. Эти анкера установлены с ша­ гом 3 м по длине и высоте камеры. Между глубокими анкерами уста­ новлены анкера длиной по 5 м с усилием натяжения 10 тс, которые

и 70 наклонными (под углом 45°) анкерами типа VSL длиной 21 —27 м. Усилие натяжения горизонтальных анкеров 60 тс, а наклонных — до 80 тс. Стены камеры были покрыты набрызгбетоном по сетке.

Всего для закрепления камеры было пробурено 52 км скважин, из них 21 км для глубоких анкеров и 31 км для промежуточных анкеров. После натяжения анкеров они создали в породе давле­ ние, равное по отдельным участкам от 3,8 до 4,5 тс/м2. Стоимость

Рис. 24. Схема крепления каме­ ры ГЭС Эль-Торо в Чили:

Рис. 25. Схема крепления машинного зала ГЭС Чибро в Индии:

1 — рабочая галерея; 2 — анкера средней длиной 23,5 м, натяжением 55 тс

крапления стен (анкера и набрызгбетон) составила примерно 45% общей стоимости разработки камеры.

На рис. 24 показана схема крепления камеры ГЭС Элъ-Торо в Чили, строительство которой начато в 1967 г. Площадь попереч­ ного сечения камеры 820 м2, длина 103 м, объем выломки 92 тыс. м3. Камера расположена в гранодиоритах, рассеченных системами тре­

свода толщиной 1 м. Свод служит для восприятия не только статиче­ ских нагрузок, но и сейсмических при землетрясении.

68

Длина анкеров составляет 15— 17 м, установлены они с шагом 6 м по длине и 3—5 м по высоте камеры. Анкера типа VSL состоят каж­ дый из 30 проволок диаметром 80 мм. Усилие натяжения 170 тс, а закрепления — 120 тс.

Между глубокими анкерами установлены анкера длиной 4 м из высокопрочной стали диаметром 15 мм. Усилие натяжения этих анке­ ров 18 тс, а закрепления — 16 тс.

На рис. 25 показана оригинальная схема крепления подземного машинного зала ГЭС Чибро в Индии, строительство которой ведется в настоящее время. Камера высотой 32 м расположена в трещинова­ тых известняках и сланцах; горный массив пересекает ряд сдвиго­ вых зон мощностью 2—5 м. Учитывая реологические свойства окру­ жающей породы, было решено принять такие напрягаемые анкера, которые будут доступны с двух сторон и после вскрытия выработки вскоре установлены. Бурение скважин под такие анкера может быть осуществлено заблаговременно из близлежащих выработок. В случае одностороннего закрепления анкера возникала опасность совпадения направления анкера и сдвиговой зоны в породе.

Анкера средней длиной 23,5 м состоят из тросов (16 проволок диаметром 7 мм) с нормативным сопротивлением стали 100 кгс/мм2. Тросы помещены в скважины диаметром 75 мм. Отклонение при бу­ рении этих скважин не превышало 8% от заданного направ­ ления.

Расстояние между скважинами по длине камеры 2,5—2,7 м, по высоте 3—4,6 м. Из этих скважин вначале до разработки камеры была произведена цементация окружающего горного массива под давлением 7—8 кгс/см2. После цементации скважины разбуривали вновь.

Всего в камере установлено 411 анкеров, из них на стене, располо­ женной ближе к водохранилищу, — 231 анкер, а на другой стене — 180. Усилие натяжения тросов, заанкеренных на одном конце, соста­ вляло 55 тс. Поверхность скалы была заторкретирована по сетке, толщина покрытия 7—8 см.

В 1969 г. началось строительство подземной гидроаккумулиру­ ющей станции Валъдек I I в ФРГ. На рис. 26 показана схема уста­ новки анкеров в подземном машинном зале. Камера длиной 106 м, шириной 34 м и высотой 54 м расположена в сильнотрещиноватых песчаниках и сланцах. В ней установлено 1000 анкеров длиной 20— 28 м с усилием натяжения 170 тс. Применяли анкера типа VSL (со­ стоят каждый из 33 проволок диаметром 8 мм) и анкера из 9 стержней диаметром по 16 мм. Расстояние между анкерами 3 м по высоте и 4 м по длине камеры. Кроме того, в той же выработке установлено 4000 промежуточных анкеров длиной 4—6 м с усилием натяжения 12 тс. Эти анкера закреплены на синтетических смолах.

Поверхность породы покрывают набрызгбетоном. Первый слой толщиной 3 см выполняют по породе, затем устанавливают анкера и навешивают сетку. Далее наносят второй слой набрызгбетона тол­ щиной 8 см, вновь устанавливают сетку и покрывают ее третьим слоем

69

Рис. 26. Схема установки анкеров в машинном зале гидроаккумулирующей станции Вальдек II

в ФРГ:

I — V I I I — этапы разработки камеры; буквами обозначена последовательность разработки слоев

набрызгбетона также толщиной 8 см. Таким образом, общая толщина набрызгбетонного покрытия с двумя проволочными сетками доходит до 20 см.

Некоторые примеры применения предварительно-напряженных анкеров в зарубежных подземных сооружениях приведены в табл. 24.

§ 6. Расчет анкерной и набрызгбетонной крепей

Расчет анкерной крепи в своде выработки. Параметры анкерной крепи сводчатой части подземных выработок рекомендуется опреде­ лять по следующей методике, составленной на основании расчетов, приведенных в работе [41], и уточненных в 1964—1969 гг. в резуль­ тате ряда модельных и натурных исследований, а также апробаций в многочисленных подземных сооружениях большого сечения.

Вначале определяют глубину и шаг анкеров, при которых в зоне нарушенных пород над выработкой формируется и работает несущий свод. Длина металлических анкеров должна превышать высоту нару­ шенной зоны на Ѵ4 ее размера, определяемого в соответствии с реко­ мендациями, приведенными в § 3. Длина участка железобетонного

70

анкера, находящегося в породе за пределами нарушенной зоны, дол­ ита быть не менее 0,5 м и определяться из условия равенства несу­ щей способности стержня анкера выдергивающему усилию, равному расчетной величине сцепления на этом участке по контакту раствор — металл, т. е. длина анкера

та — сцепление раствора с металлом, равное для арматуры перио­ дического профиля 30—40 кгс/см2;

N — несущая способность стержня анкера,

задается в пределах 18—22 мм.

В породах, в которых образуется большая по размеру зона не­ упругих деформаций, анкера можно располагать в пределах этой

/— коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова;

Ъ0 — пролет выработки; Н — глубина залегания выработки.

Расстояние между анкерами а определяют из условия отсутствия в сечении пяты породного свода растягивающих усилий или скалы­ вания породы (условие формирования породного свода). При этом

71

Таблица 24