Плешко М.С. Метод. указ. к практич. занятиям. Способы сооружения тоннелей. 2017

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО РГУПС)

М.С. ПЛЕШКО, М.В. ПЛЕШКО, А.А. НАСОНОВ

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине

«Способы сооружения тоннелей» для студентов специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»

Ростов-на-Дону - 2017

УДК 624.195

Рецензент – канд. техн. наук, доц. Прокопова Марина Валентиновна, доцент кафедры «Изыскания, проектирование и строительство железных дорог» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения».

Плешко М.С., Плешко М.В., Насонов А.А. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Способы сооружения тоннелей» для студентов специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей». – Ростов-на-Дону: РГУПС, 2017. – 25 с. – 100 экз.

Представлены основные практические работы по дисциплине «Способы сооружения тоннелей». Методическая разработка предназначена для студентов всех форм обучения специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», осваивающих данную дисциплину по утвержденным в Ростовском государственном университете путей сообщения учебным планам.

УДК 624.195 © РУПС, 2017

© Плешко М.С., Плешко М.В., Насонов А.А., 2017

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Целью дисциплины «Способы сооружения тоннелей» является фундаментальная профессиональная подготовка в составе других базовых дисциплин цикла «Профессиональный цикл» в соответствии с требованиями, установленными федеральным государственным образовательным стандартом по специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» для формирования у выпускника профессиональных компетенций, способствующих решению профессиональных задач в соответствии с видами профессиональной деятельности: производственно-технологическая, организа- ционно-управленческая, проектно-изыскательная и проектно-конструкторская, научно-исследовательская.

Для достижения цели поставлены задачи ведения дисциплины:

-подготовка студента по разработанной в университете основной образовательной программе к успешной аттестации планируемых конечных результатов освоения дисциплины;

-подготовка студента к освоению дисциплины «Содержание и реконструкция мостов и тоннелей»;

-подготовка студента к прохождению практики «Преддипломная»;

-подготовка студента к защите выпускной квалификационной работы;

-развитие социально-воспитательного компонента учебного процесса. Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих

компетенций:

-ПК-15 – способностью разрабатывать проекты и схемы технологических процессов строительства, реконструкции, капитального ремонта и эксплуатации железнодорожного пути, мостов, тоннелей, метрополитенов, а также их обслуживания, с использованием последних достижений в области строительной науки;

-ПК-24 – способностью оценить технико-экономическую эффективность проектов строительства, капитального ремонта и реконструкции пути, искусственных сооружений и метрополитенов;

-ПК-36 – способностью совершенствовать строительные нормы и технические условия, опираясь на современные достижения науки и передовых технологий в области общего и транспортного строительства.

В результате изучения данной дисциплины студент должен: Знать (обладать знаниями):

-принципы и методы изысканий, нормы и правила проектирования железных дорог, в том числе мостов, тоннелей и других искусственных сооружений;

-технологию строительства и технического обслуживания железнодорожного пути, мостов, тоннелей, водопропускных и других искусственных сооружений.

Уметь (обладать умениями):

4

- разрабатывать проекты производства работ по строительству объектов железнодорожного транспорта, железнодорожного пути и искусственных сооружений.

Для наиболее эффективного освоения компетенций, приобретения умений и навыков в части проектирования и строительства железнодорожных тоннелей учебным планом предусмотрено выполнение курсовой работы по дисциплине «Способы сооружения тоннелей». В настоящих методических указаниях представлены общие требования к организации работы при выполнении курсовой работы, цели и задачи, тематика, содержание, краткие указания к выполнению разделов курсовой работы и порядок ее защиты.

5

1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1. РАСЧЕТ ПАСПОРТА БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Буровзрывные работы (БВР) – совокупность производственных процессов по отделению горных пород от массива с помощью взрыва.

Косновным процессам проходческого цикла при сооружении тоннелей по буровзрывной технологии относятся:

– бурение взрывных шпуров или скважин;

– заряжание, забойка шпуров, монтаж взрывной сети, взрывание забоя, проветривание;

– приведение забоя в безопасное состояние;

– погрузка и транспортировка взорванной горной породы;

– установка временной крепи;

– возведение и гидроизоляция постоянной обделки.

Квспомогательным процессам относятся наращивание коммуникаций, трубопроводов вентиляции, противопожарного става, устройство водоотлива, укладка рельсов, монтаж конвейеров и др.

Шпур – искусственное цилиндрическое углубление в горной породе диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м, пробуренное, как правило, бурильным молотком, сверлом или бурильной установкой.

Скважина – искусственное цилиндрическое углубление диаметром более 75 мм при глубине до 5 м и любого диаметра при глубине более 5 м, пробуренное, как правило, буровым станком.

Взрывчатое вещество (ВВ) – химическое соединение или механическая смесь, которая под действием внешнего импульса (нагревание, удар, искры огня) способны взрываться.

Средства инициирования (СИ) – средства, при помощи которых передается начальный импульс заряду ВВ и возбуждение взрыва (детонация). К СИ относятся капсюли-детонаторы, электродетонаторы, детонирующие шнуры, неэлектрические системы взрывания.

Взрывной прибор (взрывная машинка) – прибор, обеспечивающий под-

рыв средств инициирования зарядов. Как правило, современные взрывные приборы имеют контрольно-измерительную функцию, т.е. возможность проверять целостность взрывной сети и измерять ее электрическое сопротивление.

По назначению шпуры делятся на 3 группы:

– врубовые – бурятся, как правило, в центральной части забоя или наиболее слабом слое (при неоднородности забоя) и взрываются в первую очередь. Они предназначены для образования врубовой полости и облегчения отбойки породы шпурами следующих серий замедления. Врубовые шпуры бурятся на 10-15% длиннее остальных и имеют увеличенный заряд взрывчатого вещества;

– отбойные – предназначены для разрушения основной части забоя или уступа, взрываются во вторую очередь в одну или несколько серий замедления;

6

– контурные (оконтуривающие) – предназначены для придания тоннелю проектной формы поперечного сечения, взрываются в последнюю очередь. В контурные шпуры заряжают, как правило, уменьшенный заряд взрывчатого вещества с целью снижения взрывного воздействия на законтурный массив.

Для определения расстояния между шпурами клинового вруба можно воспользоваться ориентировочными данными, приведенными в таблице 1.

Существенными недостатками отрывающих врубов являются: зависимость глубины шпуров от ширины выработки вследствие их на-

клонного положения; сложность размещения шпуров и придания им заданного угла наклона;

трудность забуривания и реальная возможность отклонения шпуров от заданного направления, особенно с увеличением их глубины.

Врубовые шпуры второй группы располагают обычно перпендикулярно забою независимо от расположения трещин и параллельно друг к другу. Благодаря относительно сближенному расположению шпуров (10 30 см) при взрыве происходит не только отрыв породы от массива, но и главным образом разрушение ее между врубовыми шпурами.

Врубы с таким расположением шпуров называются дробящими, или, иначе, прямыми. Эти врубы обычно применяются при бурении шпуров тяжелыми бурильными установками. Известны призматические, щелевые, спиральные врубы и их комбинации (рисунок 1).

Рисунок 1 - Дробящие (прямые) врубы:

а) - призматический; б) - щелевые; в) – спиральный Схемы прямых врубов предусматривают одновременное или последова-

тельное взрывание зарядов в шпурах, обычно комбинируемых с незаряженны-

7

ми шпурами или с центральной скважиной диаметром 100 150 мм, которые создают дополнительные поверхности обнажения и способствуют повышению эффективности взрыва. Прямые врубы обеспечивают возможность получения заходки любой требуемой глубины и достаточную кучность взорванной породы. Отброс породы от забоя не превышает 15 20 м в тоннелях и 8 10 м в штольнях. Достоинства этих врубов также заключаются в простоте обуривания забоя, умеренном сейсмическом и ударном воздействии на массив, возможности максимальной концентрации бурового оборудования у забоя и полной механизации процесса бурения шпуров. При использовании буровых рам и самоходных бурильных установок рекомендуется преимущественное применение прямых врубов .

В результате взрыва заряда стенки шпура разрушаются не на всю длину. Отношение разрушившейся части шпура l к его полной длине lш называют коэффициентом использования шпура (к.и.ш.):

llш .

Коэффициент в горизонтальных выработках обычно составляет 0,8

0,9.

Назначение глубины шпуров производят с учетом площади поперечного сечения выработки, свойств породы, принятой механизации буровзрывных и погрузочных работ, способов заряжания и взрывания зарядов ВВ.

Особое внимание следует обращать на обеспечение устойчивости выработки после взрыва. Зачастую приходится ограничивать глубину заходки именно по этому условию, хотя с точки зрения производительности работ по проходке целесообразнее принимать большую глубину заходки. В таблице 2 приведены ориентировочные значения допускаемой глубины заходки по условию

При заданной глубине заходки длина отбойных и контурных шпуров определяется коэффициентом использования шпуров и углом наклона их к плоскости забоя. Концы этих шпуров должны лежать в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси выработки. Длина врубовых шпуров должна превышать на 10 % длину остальных шпуров.

Устья контурных и подошвенных шпуров располагают в 10 20 см от проектного очертания выработки, а концы их должны находиться на проектном контуре. Отбойные шпуры располагают между врубовыми и контурными шпу-

8

рами таким образом, чтобы на каждый шпур приходился примерно одинаковый объем взрываемой породы при условии достаточного ее дробления.

Взрывчатые вещества (ВВ) и средства взрывания (СВ)

Тип ВВ и СВ назначают в зависимости от инженерно-геологических условий заложения тоннеля, сечения выработки, физико-механических свойств горных пород. Применяют ВВ как в патронах, так и россыпью (гранулированные). В последнем случае для заряжания ВВ используют механизированные пневмозарядчики.

Ориентировочный выбор ВВ производят, пользуясь данными таблицы 3. Размеры и масса патронов, наиболее распространенных ВВ, приведены в таб-

Взрывание зарядов при проходке тоннелей, как правило, производят электрическим способом с помощью электродетонаторов. Дополнительно используют, особенно при взрывании контурных рассредоточенных зарядов, детонирующий шнур.

Применяют следующие типы электродетонаторов (выпускаемые промышленностью):

мгновенного действия - ЭД-8-Э, ЭД-8-ПМ, ЭДС; короткозамедленного действия - ЭДКЗ (со ступенями замедления:

25; 50; 75; 100; 150; 250 мс), ЭДКЗ-ПМ-15 (со ступенями замедления: 15; 30; 45; 75; 105; 120 мс);

замедленного действия - ЭДЗД (со ступенями замедления: 0,5; 0,75; 1,2; 4; 6; 8; 10 с).

9

аблица 4 - Размеры и масса патронов, наиболее распространенных ВВ

Расчет параметров буровзрывных работ

1. Определяют средний удельный расход ВВ, кг/м3:

2. Вычисляют линию наименьшего сопротивления (л.н.с.) отбойных шпуров, м:

10