Будівництво тунелів. Гірничий та щитовий спосіб

Горный способ

При строительстве тоннелей горным способом одной из наи­более трудоемких операций является разработка грунта. Сравни­тельно некрепкие грунты с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова f = 1... 2 можно разрабатывать вручную или с применением механизированных инструментов: отбойных мо­лотков и пневматических лопат. Грунты с f > 2...3 разрабатывают буровзрывным способом или рабочими органами тоннелепроход-ческих машин (ТПМ).

При буровзрывном способе по всей площади тоннельно­го забоя забуривают шпуры диаметром 36...42 мм и глубиной 2... 4 м, в которые помещают заряды взрывчатого вещества (ВВ). После взрыва зарядов забой продвигается на 2...4 м. Количество, глубина и расположение шпуров в забое, а также расход ВВ опре­деляются формой и размерами выработки, крепостью и услови­ями залегания грунтов и устанавливаются расчетом.

При проходке тоннельных выработок на полный профиль наи­более эффективны самоходные буровые рамы, каретки и агрегаты на пневмо- или гусеничном ходу, оснащенные несколькими (от 2 до 5) высокочастотными (до 4 500 мин^-1) перфораторами. Созданы и применяются буровые установки с подъемными, выдвижными и поворотными платформами для возможности установки времен­ной крепи, а также с устройствами программного управления и автоматики, обеспечивающие полностью автоматизированное обуривание забоя.

В последние годы для разработки скальных грунтов наряду с буровзрывным способом применяют механизированные ТПМ с рабочим органом сплошного или избирательного действия.

При проходке выработок по частям в грунтах с коэффициен­том крепости f = 3...5 находят применение тоннелепроходческие машины с рабочим органом избирательного действия. Такие ма­шины перемещаются преимущественно на гусеничном ходу, раз­рабатывают грунт одной или двумя фрезами, закрепленными на стрелах-манипуляторах, и грузят его встроенными погрузчиками.

Для временного крепления тоннельных выработок в скальных грунтах применяют контурную (арочную, анкерную, набрызгбетонную) или опережающую (анкерную, экраны из труб, бетон­ные своды-оболочки) крепь.

Арочную крепь устраивают в слабоустойчивых грунтах и собира­ют из кружальных стальных элементов прокатного профиля, со­единяемых между собой на сварке или болтах.

Анкерную крепь применяют практически в любых скальных грун­тах. Стальные (клиновые или распорные), сталебетонные (забив­ные, нагнетаемые, перфорированные) и сталеполимерные (пат­ронированные или инъекционные) анкеры помещают в шпуры диаметром 36...42 мм и глубиной 2...3 м, пробуренные по конту­ру выработки, закрепляя и армируя область нарушенных грунтов вокруг тоннеля. Стержни стальных анкеров диамет­ром 25 . 30 мм заделывают в шпурах замковыми устройствами, сталебетонных — цементным раствором, а сталеполимерных — синтетическими смолами. Несущая спо­собность одного анкера изменяется от 60 до 100 кН. Для предотв­ращения местных вывалов грунта между анкерами подвешивают стальную сетку.

Набрызг-бетонную крепь выполняют в виде армированного или неармированного покрытия толщиной 100...120 мм, которое сгла­живает неровности контура выработки, уменьшает концентрацию напряжений, заполняет трещины в грунте и создает несущий свод.

В ряде случаев применяют комбинированную крепь из арок и ан­керов, арок и набрызг-бетона, анкеров и набрызг-бетона.

В нарушенных и неустойчивых скальных грунтах целесообразно использовать опережающую крепь, которую устраивают до рас­крытия выработки. В практике тоннелестроения применяют опе­режающую анкерную крепь, а также защитные экраны из труб. Отдельные секции стальных труб диаметром до 200 мм и длиной 5... 10 м устанавливают в скважины, пробуренные на глубину до 15...20 м из забоя выработки, и соединяют между собой сваркой или на резьбе (рис. 31.4, д). Скважины забуривают по контуру выработки всплошную или с зазорами под углом 4... 6° к оси тон­неля специальными буровыми агрегатами.

Получает распространение опережающая бетонная крепь, ко­торую возводят путем предварительной нарезки контурной щели длиной 2...3 м и высотой 0,15...0,20 м и заполнения ее монолит­ным бетоном или сборными элементами.

Соседние секции опережающей крепи перекрывают друг друга и образуют сплошное покрытие, под защитой которого раскры­вают выработку и возводят обделку, причем элементы опережа­ющей крепи (так же, как и контурной) могут входить в состав постоянной конструкции тоннеля.

Технология ведения работ при горном способе определяется главным образом инженерно-геологическими условиями.

В достаточно прочных и устойчивых скальных грунтах находят применение механизированные горные способы: сплошного и ступенчатого забоя, нижнего уступа и др.

Щитовой способ

При строительстве тоннелей щитовым способом основные гор­нопроходческие операции и возведение обделки производят под прикрытием подвижной временной крепи — щита. При этом до­стигается быстрое закрепление выработки постоянной обделкой, осуществляется комплексная механизация всех технологических процессов, обеспечивается безопасность ведения работ, повыша­ются темпы проходки.

Существуют различные виды щитов, отличающиеся формой и размерами поперечного сечения, способом разработки грунта и крепления лба забоя, несущей способностью, конструктивными особенностями и пр.

Для проходки автодорожных тоннелей применяют щиты кру­гового поперечного сечения диаметром 10...14 м. Различают щиты немеханизированные, в которых грунт разрабатывают вру­чную, и механизированные, оснащенные рабочим органом для разработки и удаления грунта. В последние годы на базе меха­низированных созданы автоматизированные щиты, управ­ляемые бортовыми компьютерами.

Проходческий щит кругового очертания состоит из ножевого кольца, подрезающего грунт по контуру выработки и предохра­няющего работающих в забое, опорного кольца, воспринима­ющего внешние нагрузки и несущего щитовые домкраты, и хво­стовой оболочки, в пределах которой монтируют тоннельную об­делку.

В щитах для проходки автодорожных тоннелей ножевое кольцо шириной порядка 1,5 м и опорное кольцо шириной около 2b (где b — ширина кольца обделки) состоят из ребристых стальных эле­ментов, соединяемых на болтах или сваркой.

По периметру опорного кольца равномерно размещаются гид­равлические щитовые домкраты для передвижения щита.

В настоящее время осуществляется комплексная механизация и автоматизация тоннельно-щитовых работ. На базе механизиро­ванных щитов созданы проходческие комплексы, включающие в себя оборудование для всех видов горнопроходческих, монтажных, гидроизоляционных и вспомогательных работ. Для более четкой организации проходческого цикла основное оборудование разме­щают на технологической платформе, которая соединяется со щитом и перемещается вместе с ним. При проходке автодорож­ных тоннелей целесообразно совмещение горнопроходческих опе­раций и монтажа обделки с устройством проезжей части. При этом откатку разработанного грунта и подачу блоков обделки производят автотранспортом по готовой проезжей части, что ис­ключает необходимость устройства откаточных путей и повышает темпы строительства тоннеля.

Поиск по сайту: