книги / Технология строительства подземных сооружений. Строительство горизонтальных и наклонных выработок

се ^разработки породы должен быть постоянно внедрен в поро­ ду не менее чем на 10 см.

В мягких устойчивых породах разработка иногда произво­ дится впереди щита, что ускоряет проходку тоннеля и облегча­ ет передвижку щита. В этом случае по периметру забоя порода на толщину нескольких сантиметров не разрушается и среза­ ется ножом щита >пр.и его _дередвижке. Глубина разработки породы зависит от свойств пересекаемых пород, диаметров и конструкции щита и должна быть увязана с шириной блочного кольца. В щитах среднего и большого диаметров она произво­ дится на глубину, соответствующую ширине одного кольца, в щитах малого диаметра разработка забоя может быть произве­ дена на глубину, соответствующую ширине двух колец.

При проведении в устойчивых глинистых и суглинистых по­ родах в случае отсутствия на трассе ранее проложенных под­ земных коммуникаций и отсутствия наземных сооружений креп­ ление лба забоя во время проходки тоннеля обычно не требу­ ется. Крепление лба забоя производится в недостаточно устой­ чивых глинистых и песчаных породах. При проходках под зда­ ниями, подземны'ми коммуникациями и другими сооружениями также необходимо крепление лба забоя. В остальных случаях вопрос о необходимости крепления лба забоя решается в зави­ симости от условий расположения трассы.

При креплении лба забоя выемку породы осуществляют сверху вниз уступом с переборкой крепи по 1—2 доски. Во из­ бежание сдвижения породы каждая заходка (глубиной 0,5— 1 м) разрабатывается чаще всего на два перемещения щита.

Крепление лба забоя производится обычно досками толщи­ ной 5—6 см или деревянными щитами. Доски крепи поддержи­ ваются вертикальными или наклонными брусьяки, удерживае­ мыми забойными домкратами, или специальными распорками, упирающимися в корпус щита.

При проведении тоннелей по тугопластичным породам, где возможно оставление забоя без крепи, применяют способ пер­ воначальной разработки вертикальной прорези с последующим ее использованием в качестве направляющего лотка для поро­ ды при расширении выработки до проектных размеров. В щи­ тах больших размеров такое расширение ведут по ярусам -сверху вниз.

Возможны и другие технологические приемы, обеспечиваю­ щие безопасность горнопроходческих работ.

Разработка забоя в неустойчивых породах осуществляется иод защитой ножевой части. При этом особое значение имеет надежное ограждение верха выработки. Для этой цели при­ меняют выдвижные и постоянные козырьки, которые должны опережать переднюю плоскость ножевого кольца настолько, чтобы внутри щита пли в его верхних ячейках (при щитах

Рис. 1.13. Схемы погруз­ ки породы

ного органа щита. В щитах с роторным исполнительным орга­ ном (рис. 1.13,6) разрушенную породу из щита выдают на кон­ вейер 3. Для этого непосредственно во вращающемся роторе 4 имеются лопасти 5, которые подают породу по специальным направляющим течкам на конвейер.

В щитах с планетарным рабочим органом чаще всего раз­ рушенную породу из 1 забоя выдают с помощью ковшей 6 (рис. 1.13,0). Ковши'закреплены на водиле рабочего органа и вращаются вместе с ним. Сзади ковшей расположен отбойный лист 7, в верхней части которого имеется отверстие 8. Ковши захватывают разработанную породу в нижней части забоя и поднимают ее до отверстия в отбойном листе, где она по на­ правляющей течке попадает на конвейер 3 и далее в транспорт­ ные сосуды.

В ряде щитов (например, в щитах с рассекающими площад­ ками), где отсутствует вращающийся рабочий орган, роторные погрузчики оснащают рабочим приводом (рис. 1.13,г). Погру­ зочный орган в этом случае располагают сзади рабочих пло-

щадок. Порода, осыпающаяся с *горизонтальных площадок, за­ черпывается ковшами 6 и поднимается вверх, где по направ­ ляющей течке попадает на конвейер 3.

В щитах с исполнительным органом избирательного дейст­ вия и с рассекающими площадками для песчаных и гдино-пес- чаных пород часто используют шнековые погрузочные органы или же органы с нагребающими лапами, принцип действия ко­ торых показан на рис. 1.13\д,е,ж.

При проведении тоннелей в обводненных породах погрузку

лекторных тоннелей в городских условиях в связи с тем, что грунты в большинстве случаев являются влажными и склон­ ными к залипанию для транспортирования разрушенного грун­ та, как правило, используется рельсовый транспорт или самоопрокидывающиеся вагонетки (бадьи) на резиновом ходу. В горнорудной промышленности, а также при строительстве транспортных и гидротехнических тоннелей возможно приме­ нение как рельсового, так и конвейерного транспорта. Учиты­ вая значительную удалённость забоя от места выдачи разру­ шенной породы на поверхность при рельсовом транспорте мо­ гут использовать аккумуляторные или троллейные электровозы неболыиой мощности.

1.4. УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЩИТОВ

Для строительства тоннеля в заданном направлении про­ ходческие щиты должны обладать маневренностью и оборудо­ ваться устройствами для систематического контроля фактиче­ ского положения щита в пространстве.

В управлении движением проходческого щита встречаются два принципиально различных случая. В первом случае, когда тоннель проводят в устойчивых породах и щит перемещается в выработанное пространство перед ножом щита, порода перед ножевой частью корпуса щита разрабатывается исполнитель­ ным органом щита, отбойными молотками, взрывным способом и т. д. В этом случае внутренний диаметр выработки бывает больше наружного диаметра щита и его повороты на криволи­ нейных участках трассы осуществляются за счет односторон­ него уширения выработки. В механизированных щитах это уширение получается с помощью копир-резца или копир-шарошки^ величина радиального выдвижения которых определяется спе­ циальным профилированным кулачком. Во втором случае, ког­ да тоннель проходят в неустойчивых породах, не позволяющих разрабатывать породу перед щитом, направление выработки определяется направлением движения щита.

В случаях отклонения щита от заданного направления его выправляют постепенно в течение нескольких передвижек за счет щитовых домкратов, включаемых в определенном сочета­ нии. Незначительные отклонения (1—2 см) могут быть выправ­ лены за одну передвижку. Точность вождения щитов в значи­ тельной степени зависит от квалификации рабочих, маркшей­ дерского обслуживания и совершенства контрольных приборов.

Контроль за направлением движения щита сводится к опре­ делению положения продольной оси щита в профиле и плане.

Для этого широко используются приборы на базе световых лучей, которые создаются обычными электролампами, широки­ ми модулированными световыми лучами или оптическими кван­ товыми генераторами. При этом контроль может быть визу­ альным или автоматическим.

В последние годы в качестве светового источника для соз­ дания видимой опорной линии оси тоннеля все шире применя­ ют оптические квантовые генераторы-лазеры, обладающие вы­ сокой концентрацией световой энергии и малым углом расхо­ димости. Принцип работы при визуальном контроле положения щита с использованием луча лазера состоит в том, что лучу задается проектное положение в плане и профиле, а в щите устанавливают два экрана, центры которых совпадают с цен­ тром пятна луча. По мере продвижения щита проводят визу­ альный контроль за координатами центра пятна луча лазера на обоих экранах и удерживают щит в таком положении, при котором отклонения центров экранов от центра луча не превы­ шают допустимой величины. Лазерный источник света наряду с визуальным контролем за положением щита позволяет осу­ ществлять и автоматический контроль. В этом случае визуаль­ ный экран заменяют фотофолоэлектрическими приемными уст­ ройствами.

1.5.ВОЗВЕДЕНИЕ ОБДЕЛКИ

Впрактике строительства тоннелей различного назначения щитовым способом применяют обделки двух типов: из сборных элементов (блоков или тюбингов) или монтажно-прессованного бетона.

Технология .возведения с б о р н о й о б д е л к и включает в себя разгрузку блоков или тюбингов, подачу их под захватные •приспособления установочных механизмов, закрепление на них и непосредственно монтаж элементов в домкратное кольцо об­ делки.

К месту укладки элементы обделки подвозят на специаль­ ных блоковозках, платформах или контейнерах. Разгружают их, как правило, за пределами щита, часто на расстоянии не­ скольких десятков метров от него. Для разгрузки используют

жение. Блокоукладчики этого типа устанавливаются в механи­ зированных щитах малого и среднего диаметров в сочетании с конвейерами на катучих опорах, откатываемых назад во время возведения обделки. В отдельных случаях при строительстве тоннелей малых диаметров траверсу укладчика устанавливают на подвижной платформе (рис. 1.14,6), поднимающейся вверх для пропуска погрузочной машины к забою, а в тоннелях боль­ ших размеров — на подвижной приводной тележке (рис. 1.14, f?), перемещающейся в горизонтальном направлении в плоско­ сти поперечного сечения тоннеля.

Монтаж сборной обделки блокоили тюбингоукладчиками

блоков или тюбингов. Во многих случаях при этом необходимо удалить из щитового забоя перегрузочный конвейер. По завер­ шении этих операций блоки или тюбинги поочередно подаются лод. захват блокоили тюбингоукладчика, закрепляются на нем п действием «руки» подаются к месту укладки. В первую оче­ редь укладываются лотковые блоки (тюбинги), а затем после­ дующие, поочередно с левой и правой стороны тоннеля и от развала поддерживаются специальными выдвижными балками, закрепленными на арках технологической платформы, и щито­ выми домкратами. Последним в верхней части кольца обделки заводится замковый элемент (иногда после очередной пере­ движки щита). До его установки незамкнутое кольцо распира­ ется специальным домкратом. По такой же схеме возводят и обжимаемую в породу обделку, когда ее верхний клиновой блок (тюбинг) является основным разжимающим кольцо эле­ ментом.

Преимуществом схемы является ее простота и сравнительно высокая производительность на монтаже обделки; недостаток заключается в сложности, а в ряде случаев и невозможности совмещения работ по креплению с выполнением других проход­ ческих операций.

Наиболее полное совмещение работ по разработке забоя, транспортированию породы и монтажу обделки достигается при применении дуговых кольцевых и кассетных блокоукладциков (тюбингоукладчиков).

Конструкция и кинематическая схема дуговых блокоуклад- ■чиков весьма разнообразны, зависят от массы элементов об­ делки, формы и размеров поперечного сечения тоннелей.

M o н о л и т н о - п р е с с о в а н н а я о б д е л к а получается за счет обжатия бетонной смеси, уложенной на специальную опалубку. Обжатие обычно производится в осевом направлении за счет реактивных усилий щитовых домкратов. Имеются пред­ ложения прессовать бетонную смесь в радиальном направлении за счет специальных прессующих устройств в опалубке. В по-

Рис. 1.15. Схемы возведения обделки из монолитно-прессованного бетона

в

следние годы внедряется технология, при которой перед прес­ сованием бетона за опалубку вводят арматуру. Это дает воз­ можность получить более прочную монолитно-прессованную железобетонную обделку.

Применение монолитно-прессованного бетона обеспечивает плотный контакт обделки с окружающими породами. В этом случае отпадает необходимость первичного и контрольного на­ гнетания цементного раствора за обделку, исключается осадка поверхности земли, работы по чеканке швов между элементами сборной обделки, а также гидроизоляционные работы внутрен­ ней железобетонной рубашки при строительстве коллекторов к. гидротехнических тоннелей.

В настоящее время наибольшее распространение получили схемы возведения монолитно-прессованной обделки за счет осевого обжатия свежеуложенного бетона за опалубку. При этом в зависимости от крепости окружающих пород возможны три варианта прессования бетона (рис. 1.15).

кой щита 1 и опалубкой 5, осуществляют в процессе переме­ щения щита при помощи щитовых домкратов 2 и распредели­ тельного прессующего кольца 3. Давление прессования изменя­ ется от 1,5 до 3 МПа.

По мере выхода бетонной смеси за пределы оболочки щита происходит дополнительное обжатие обделки и уплотнение ее с окружающим дородным массивом, т. е. создаются дополни­ тельные условия для исключения просадок поверхности за щи­ том.

Такой вариант возведения обделки находит применение при строительстве тоннелей метрополитенов, коллекторных тонне­ лей в слабых породах (пески, глинисто-песчанистые грунтыг мягкие .глины).

При'проведении тоннелей в крепких устойчивых породах, возможно прессование по двум вариантам. По одному из них (рис. 1.15,6) бетонную смесь 4 прессуют за пределами оболоч­ ки щита 1 при помощи щитовых домкратов 2 и распределитель­ ного прессующего кольца 3. При этом все процессы выполняютпоследовательно.

•Вначале разрабатывается порода механизированным рабо­ чим органом с последующим перемещением корпуса щита в два: приема.

После этого распределительное кольцо отводят в сторону щита, устанавливают секцию опалубки 5, подключают бетоновод 6 и подают бетонную смесь. Такие процессы периодически повторяют. По другому варианту (рис. 1.15, б) выемка породы и возведение постоянной отделки осуществляются независимо друг от друга и эти операции могут быть совмещены во време­ ни.* Выемка породы осуществляется с помощью механизирован­ ного щита 7 любого типа.

По мере разработки породы щит .перемещается с помощью гидродомкратов 2, упирающихся в распорное кольцо 3.

Возведение обделки 4 ведут на некотором расстоянии от щи­ та, зависящем от устойчивости /пород. Для этого после уста­ новки очередной секции опалубки 5, перемещаемой по мосту 8У нагнетают бетонную смесь по бетоноводу 6 в пространство меж­ ду породой и опалубкой.

Прессование уложенной за опалубку бетонной смеси осуще­ ствляется гидродомкратом 9 двойного действия с прессующим кольцом 10. Гидродомкраты при этом упираются во второе? распорное кольцо 11, раскрепленное в стены тоннеля.

По окончании прессования .бетонной смеси распорное коль­ цо 11 освобождается от закрепления и с помощью дополнитель­ ных домкратов (на рис. 1.14,6 они не показаны), упирающихся- в прессующее кольцо, передвигают распорное кольцо 11 на новую .позицию. После раскрепления распорного кольца на но­ вой позиции включают гидродомкраты 9 на обратный ход и подтягивают прессующее кольцо. Далее цикл повторяется.

Во всех вариантах бетон за опалубку подают от механизи­ рованного бетонного узла с помощью пневмобетоноукладчиков..

Параметры бетонной смеси обычно принимают следующие:: состав смеси Ц : П : Щ = 1 : 2 : 2 , осадка конуса 6—8 см; водо­ цементное отношение 0,5—0,5; расход цемента 450—500 кг/м3„ марка бетона 400. Для возведения монолитно-прессованной об­ делки могут быть использованы переставная и скользящая опа­ лубки.

Переставная опалубка включает 12—14 секций шириной <600 мм каждая. По мере передвижения щита последнюю сек­ цию опалубки разбирают и с помощью специальных подъемнотранспортных механизмов перемещают вперед и монтируют вновь. .Такие операции повторяются многократно с каждой сек­ цией, что является ее недостатком.

Скользящая опалубка перемещается с помощью гидравли­ ческих домкратов в процессе передвижения щита, т. е. исклю­ чаются операции по разборке и сборке.

В практике строительства тоннелей широкое применение нашли пока переставные опалубки. По мере совершенствова­ ния конструктивных параметров опалубок и способов прессо­

между породой и обделкой заполняется тампонажным раство­ ром. Разливают первичное, повторное и контрольное нагнета­ ние тампонажного раствора за обделку. В качестве материалов для первичного нагнетания за обделку тоннелей малых и сред­ них диаметров чаще всего применяют цементно-песчаные рас­ творы.

В тоннелях больших диаметров для первичного нагнетания используют мелкий гравий и гравийно-песчаную смесь. Повтор­ ное нагнетание в первом случае осуществляют цементно-песча­ ным раствором или раствором цемента. При этом контрольного нагнетания не требуется. Во втором случае повторное и конт­ рольное нагнетание осуществляется цементным раствором.

Состав растворов для нагнетания назначают в зависимости от типа применяемой обделки и обводненности пород. Первич­ ное нагнетание за сборную железобетонную обделку произво­ дится мелким гравием, гравийно-песчаным или цементно-песча­ ным раствором состава 1:2, за сборную чугунную обделку— состава 1:3, контрольное нагнетание во всех случаях — чистым цементным раствором.

Цемент для тампонажных растворов может быть любых ма­ рок, однако целесообразнее применять цементы марки.400—500.

Гравий и песок должны быть однородными, без примесей, •а крупность гравийного зерна не должна превышать 0,25 диа­ метра тампонажного отверстия.

Для облегчения нагнетания и уменьшения расслаиваемости раствора и возможность регулирования сроков схватывания в раствор вводят специальные добавки, придающие им требуе­ мые свойства.

•Первичное нагнетание гравия или гравийно-песчаной смеси