![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Подвесные временные предохранительные крепи.
а – с закладными боковыми штырями. Состоит из двух стальных штырей (подхватов) диаметром 32-36 мм и деревянного верхняка. В борта выработки бурят по два шпура глубиной 70см, в которые вставляют штыри – подхваты. На подхваты укладывают верхняк с затяжками. Один из вариантов временной крепи при креплении сталеполимерными анкерами.
После выемки угля комбайном, забой осматривается, обираются отслоившиеся и нависшие куски угля и породы. Решетчатая затяжка одной стороной консольно закрепляется за последний круг анкерного крепления (заводится за верхняк). На рабочий орган комбайна накладывается верхняк, поднимается рабочим органом и прижимается к кровле, тем самым поджимая вторую сторону решетчатой затяжки. Под защитой временной крепи начинается бурение шпуров под анкера и установка анкеров. Способы проходки крупных подземных выработок
Туннели большого поперечного сечения и камеры разрабатывают с использованием буровзрывных работ преимущественно следующими способами: сплошного забоя, уступным, опертого свода, опорного ядра. Эти способы известны, они регламентированы СНиП Ш-Б. 8—68 и отработаны многолетней практикой строительства подземных сооружений.
На каждом участке осуществляют проходку элементов способом сплошного забоя, имеющих площадь, наибольшую для данных условий, при которой еще сохраняется устойчивое состояние выработки. Последовательность разработки сечения и возведения крепи (обделки) по каждому из этих способов для крупных выработок не соответствует в полной степени порядку, предусмотренному существующими правилами, а устанавливается в зависимости от размеров подземного сооружения, наличия строительных подходов и характеристики породы. Кроме того, не совпадает и регламентированная нормами область применения перечисленных выше способов в части инженерно-геологических условий. Например, способ опорного ядра в выработках большого сечения, имеющих значительные пролеты, может быть целесообразен не только в слабых, но и в крепких породах. Щитовой и механизированный способы разработки забоев для выработок большого сечения имеют в настоящее время более ограниченное применение, чем указанные буровзрывные способы производства работ. Щиты (обычные и механизированные), комбайны и другие туннелепроходческие машины могут быть эффективно использованы пока лишь до определенного диаметра туннелей (10—11 м). При увеличении размера машины становятся громоздкими, требуют чрезмерного потребления энергии, стоимость их непропорционально возрастает. Вместе с тем не исключена возможность использования различного рода комбайнов (туннелепроходческих машин) для разработки отдельных камерных выработок пролетами более 10 м.
В настоящей е дано описание практикуемых современных способов возведения крупных подземных сооружений и указаны рациональные условия и области применения каждого из этих способов.
Примерно до 1960 г. как в Советском Союзе, так и за рубежом крупные подземные выработки буровзрывным методом разрабатывали сплошным забоем в большинстве случаев лишь в благоприятных породах, позволяющих оставить выработку без крепи в процессе ее эксплуатации. В отдельных случаях выработки разрабатывали сплошным забоем в породах, в которых сохраняется устойчивое состояние достаточно длительный период — от момента вскрытия забоя до закрепления выработки постоянной бетонной крепью. Лишь некоторые туннели, ным образом в США, проходили сплошным забоем в породах средней крепости, но при этом применяли тяжелую металлическую арочную крепь, воспринимающую горное давление на весь срок строительства, поскольку, как правило, возведение постоянной бетонной крепи начинали после окончания проходки всего туннеля независимо от его длины и сечения.
Естественно, нельзя утверждать, что в настоящее время все эти вопросы получили свое решение, тем не менее, пути к этому в значительной степени наметились. Если проследить развитие строительства подземных сооружений больших размеров за последние 10 лет, то можно заметить определенную тенденцию к переходу на проходку туннелей сплошным забоем, причем эта тенденция сохраняется не только для крепких, но и для трещиноватых нарушенных пород средней крепости, а на отдельных участках трассы — ниже средней крепости. При этом учитывается сложность перехода от проходки сплошным забоем на штольневые методы и обратно в тех случаях, когда по трассе оказались ослабленные неустойчивые породы. Способы проходки подземных выработок сплошным забоем имеют весьма широкую область применения. Разработан ряд модификаций этих способов в зависимости от прочности и состояния окружающих пород. В устойчивых породах проходку можно вести сплошным забоем, без возведения крепи или с частичным возведением крепи выработок. В недостаточно устойчивых нарушенных породах проходка сплошным забоем может характеризоваться типом применяемой крепи: с жесткой крепью (арочная металлическая или бетонная), с крепью ограниченной податливости (комбинированная) и с податливой крепью (новоавстрийский способ проходки).
При этом способе проходческие работы в забоях выработок большого сечения, как правило, ведут последовательно, т. е. бурение шпуров и погрузка породы не совмещаются во времени. В скальных монолитных породах крепь в большинстве случаев не применяют, в трещиноватых породах выработку закрепляют анкерами или набрызгбетоном, возможно также сочетание этих видов крепи. Способ позволяет в наибольшей степени использовать мощное производственное оборудование, сократить продолжительность вспомогательных операций, осуществить четкую работу по графику цикличности и добиться высоких скоростей проходки при наименьших затратах труда. Применение способа проходки сплошным забоем в устойчивых породах ограничивается в большинстве случаев выработками, ширина которых не превышает 20 м, а высота — 10 м. Это связано как с технической возможностью используемых типов оборудования, так и с определенной опасностью раскрытия в один прием незакрепленного пролета значительной ширины. Площадь поперечного сечения выработок, разрабатываемых на полный профиль, обычно не превышает 100—130 м2, имеются, однако, отдельные примеры в исключительно благоприятных инженерно-геологических условиях когда площади таких выработок достигают 160 м2 при наибольшей высоте около 14 м. При ширине забоя 15—20 м и более проходку удобнее производить с опережением центрального участка на одну-две заходки. Это дает возможность при необходимости осуществить переход на другие более безопасные методы и немедленно закрепить кровлю при появлении признаков возникновения вывалов. В камерных выработках длиной 100—130 м проходку верхней (подсводовой) части на полный профиль при отсутствии удобных подходов можно осуществлять из поперечных прорезей. В этом случае в первую очередь по всей длине верхней части проходят центральный направляющий ход, из которого через каждый 10—30 м устраивают поперечные прорези шириной примерно по 3 м для размещения бурового оборудования. Раскрытие верхней части производят из прорезей встречными забоями с бурением глубоких шпуров (на всю длину целика). Породу вывозят по направляющему ходу или сбрасывают по воронкам вниз к основанию камеры. Проходку и бетонирование можно вести одновременно на нескольких фронтах, что позволяет сократить время строительства. Вместе с тем при таком способе осложняется механизация погрузочно-транспортных работ и возникает необходимость проходки большого числа мелких вспомогательных выработок (направляющие хода, воронки, прорези). Кроме того, способ применим в исключительно монолитных породах. Применение способа проходки крупных выработок сплошным забоем в устойчивых породах покажем на нескольких характерных примерах.
Представляет интерес пример строительства туннеля Манапури в Новой Зеландии длиной 10 км. Этот туннель разрабатывали преимущественно (8, 5 км) с одного портала. Форма поперечного сечения туннеля подковообразная шириной и высотой по 10 мг породы гнейсовые с большим притоком воды (0, 2—1, 0 м3/с). Обуривание забоя осуществляли 16 колонковыми перфораторами, смонтированными на трехъярусной передвижной буровой раме. В забое размещалось 150 шпуров средней глубиной 4 м, подвигание забоя за взрыв 3, 6 м. Шпуры под анкера на глубину 1, 5 м бурили с той же рамы четырьмя ручными перфораторами. Установку анкеров и навеску сетки выполняли также с верхней площадки рамы. На отдельных участках туннеля монтировали металлическую арочную крепь. Погрузка породы осуществлялась двумя машинами «Конвей) с ковшом емкостью 1 м3 в вагонетки емкостью 4, 3 м3. Погрузочнотранспортное оборудование располагалось на специальном скользящем настиле длиной 137 м. Работы по проходке участка туннеля длиной 8, 5 км с одного забоя вели с 1964 по 1968 г. (в течение 56 месяцев) равномерно со средней скоростью за весь период строительства 150 м/мес. Ежесуточно осуществлялось два цикла, в отдельные дни число циклов доходило до четырех, а скорость проходки достигала 13—14 м/сут.
В соответствии с указаниями СНиП III-И. 2—62 и на основании имеющегося опыта, подземные выработки при пролете более 20 м проходят с поэлементным раскрытием профиля, поэтому в проекте был заложен штольневой метод. При этом продолжительность строительства описываемого участка составляла 10 месяцев. На основании результатов проведенного институтом Оргэнерго- строй и трестом Гидроспецстрой комплекса натурных исследований (определение несущей способности железобетонных анкеров в различном возрасте и при разных расстояниях от места взрыва зарядов, исследование перемещений породы с помощью деформометров и на основании маркшейдерских замеров, определение деформаций в массиве с использованием замоноличенных в шпурах гетинаксовых цилиндров с тензодатчиками, измерение ультразвуковым методом глубины нарушенной зоны породы над выработкой) была осуществлена проходка этой выработки сплошным забоем. Работы вели по следующим этапам — проходка центральной части шириной 13—15 м на длину 3 м с креплением кровли анкерами глубиной 3 м, доборка боковых частей до полного пролета, крепление этих частей анкерами и навеска сетки. После двух таких заходок по 3 м проходку останавливали п производили бетонирование па полный пролет на длину 6 м. Участок длиной 3 м, примыкающий к забою, оставляли все время незабетонированным, что позволяло обуривать забой для следующей заходки. В дальнейшем цикл потеряли. Шпуры бурили с применением установок СБУ-2 с удлиненными манипуляторами, погрузку породы осуществляли экскаваторами ПП-1 в автосамосвалы МАЗ-205. Анкера устанавливали с площадки, оборудованной на автопогрузчике.
Металлическая арочная крепь. В нарушенных породах средней крепости, не оказывающих горного давления в течение нескольких смен, независимо от длины и площади поперечного сечения выработки может найти применение способ проходки с использованием выдвижных подхватов. Подхваты обычно применяют при монтаже металлической арочной крепи, описываемый же способ позволяет использовать подхваты и при разработке забоя. Выработку закрепляют металлической многоугольной крепыо на каждой заходке. Крепежная рама или арка состоит из нескольких косяков и двух вертикальных стоек. Косяки соединяют между собой и со стойками приваренными торцовыми накладками и болтами. Рамы устанавливают на расстоянии примерно 1 м одна от другой, продольная жесткость пх обеспечивается металлическими уголковыми распорками.
В первую очередь с буровых подмостей разрабатывают верхнюю часть забоя по отдельным участкам и устанавливают элементы крепи, при этом косяки поддерживаются выдвижными подхватами. Размер каждого участка выбирают в зависимости от состояния кровли, глубина заходки не превышает 1, 5 м. Разработку нижней части и подведение вертикальных стоек осуществляют под защитой закрепленной кровли, удерживаемой арками на подхватах. Интересно заметить, что проходку в 1963—1964 гг. автодорожного туннеля Аллегейни в США фирмой Меррит-Чепмен энд Скотт Корпорейшн осуществляли ступенчатым забоем с металлической арочной крепью и восьмью выдвижными продольными подхватами из двутавровых балок. Метод проходки и конструкция подхватов аналогичны описанным выше. Опыт США также подтверждает высокую эффективность метода проходки туннелей сплошным забоем с применением металлической арочной крепи и выдвижных подхватов в нарушенных породах средней крепости.
При строительстве одного из транспортных туннелей в США пролетом 10 м применяли опережающие анкера длиной 9 м на расстоянии 45 см друг от друга. Анкера устанавливали по своду выработки в скважины, пробуриваемые вдоль туннеля через отверстия в стенке двутавровых балок арочной крепп, арки располагали с шагом 60—120 м по длине туннеля. Бетонная крепь (метод Бернольда). Начиная примерно с 1968 г. в Швейцарии и ряде других стран при проходке туннелей сплошным забоем в нарушенных породах начали применять патентованную систему крепления, названную креплением по методу Бернольда. Принцип этой системы состоит в возведении жесткой армированной бетонной крепп (обычно толщиной 20—30 см) вслед за проходкой забоя с применением специальных опалубочно-арматурных щитов различных размеров и форм. Эти щиты размером примерно 1 X 1, 2 м представляют собой тонкую (1; 2 и 3 мм, массой от И до 33 кг каждый) и гибкую перфорированную металлическую конструкцию. Щиты закладывают за монтажные арки (кружала) и соединяют между собой внахлестку с помощью тяг. Монтажных арок-кружал обычно бывает не более 6—12 на каждый забой.
В слабых породах после взрыва одновременно с погрузкой породы можно производить предварительное покрытие кровли тонким слоем набрызгбетона, а затем бетонирование сводчатой части выработки, при этом монтажные арки, поддерживающие щиты опираются на выдвижные подхваты. После окончания погрузки подводят боков), ie стойки монтажных арок, за них закладывают опалубочные щиты и осуществляют бетонирование стен выработки. Возможно применение также двойной оболочки из щитов Бернольда. Описываемый метод получил уже достаточно широкое распространение. В частности, в 1971 г. начато строительство четырех автодорожных туннелей пролетом 7, 8 м и общей длиной 3, 6 км на участке шоссе вдоль Женевского озера. Работу вели в трещиноватых осадочных породах способом сплошного забоя с использованием крепления по методу Бернольда. Кроме того> этот способ применен в Сен-Готардском туннеле, в котором до 1972 г. было уже забетонировано 25 тыс. м2 туннеля. Этим методом в Швейцарии были закреплены туннели специального назначения площадью до 120 м2, железнодорожный туннель площадью 106 м2 длиной 3 км и другие туннели. К началу 1973 г., т. е. примерно за 5 лет метод был применен в 12 странах при строительстве 67 туннелей общей длиной 24 км. Намечается использование его в ближайшие годы в подземных выработках общей длиной около 200 км.
Принципиальное отличие этого способа от других заключается в поэтапном создании вокруг выработки в процессе ее проходки такой несущей крепи, которая упрочняет окружающую породу и вовлекает ге в работу. Одним из элементов этой крепи являются анкера (обычные или с предварительным напряжением), другим — набрызгбетои. В ряде случаев под защитой покрытия из набрызгбетона производят цементацию окружающего выработку горного массива.
Использование способа проходки выработок сплошным забоем с применением комбинированной крепи покажем на примере строительства Нурекской ГЭС.
Была сделана попытка проходить этот туннель сплошным забоем с применением металлической арочной крепи, однако вывалы породы привели к необходимости немедленной остановки забоя и бетонирования туннеля. Возник вопрос о переходе на штольневые способы проходки. Тем не менее, было решено проверить возможность проходки туннеля сплошным забоем с применением комбинированной крепи. Для этого был проведен комплекс модельных исследований, позволивший сопоставить несущую способность различных типов крепи и выдать ряд практических рекомендаций по осуществлению проходки туннеля сплошным забоем, что и было принято к исполнению. Для уменьшения сейсмического эффекта взрыва и сохранения устойчивости стен и кровли туннеля число шпуров было снижено. Для исключения пересыпания шпуров после удаления буровой штанги их устья располагали преимущественно в прослоях песчаника, отклонение шпуров от паспортного положения разрешалось не более 20 см. Применяли технологию контурного взрывания по методу сближенных зарядов с использованием рассредоточенных зарядов с детонирующим шнуром. Конструкцию клинового вруба выбирали в зависимости от расположения пластов и их устойчивости в центральной части забоя. Взрывчатые вещества применяли пониженной работоспособности. Величина заходкп за взрыв не превышала 1, 5 м (по сравнению с 3, 5—4 м в крепких породах). Первый слой набрызгбетона толщиной 5 — 6 см наносили после взрыва и проветривания забоя с отвала взорванной породы или с монтажного гидроподъемника с шарнирной стрелой. Анкерную крепь из железобетонных анкеров глубиной 2, 8 м с шагом 1 м устанавливали после нанесения первого слоя набрызгбетона во время обуривания забоя. Второй слой набрызгбетона толщиной 7—9 см наносили на расстоянии 10—12 м от забоя. При появлении трещин в первом слое набрызгбетона на этих; местах к анкерам подвешивали металлическую сетку из проволоки толщиной 4—6 мм с ячейками 8—10 см, и второй слой наносили по этой сетке. Бетонирование туннеля и цементацию породы вели на расстоянии 100 м и более от забоя. В процессе проходки вели постоянные маркшейдерские наблюдения за устойчивостью туннеля и состоянием крепи.
При этом способе, предназначенном для слабых пород, подземную выработку вначале укрепляют деформируемой замкнутой крепью, плотно прилегающей к породе, а после того, как горное давление и осадка контура выработки стабилизируются, возводят по всему периметру туннеля постоянную крепь, поддерживающую первоначально установленную крепь. Между наружной и внутренней крепями предусматривается изоляция. Обычно наружная крепь представляет собой покрытие из набрызгбетона, распределительной арматурной сетки, закрепляемой к породе короткими конструктивными анкерами или опирающейся на легкие металлические арки либо решетчатые фермы. Внутренняя крепь выполняется из монолитного бетона или набрызгбетона. Толщина первоначального покрытия из набрызгбетона составляет 10—20 см, а внутренней крепи 25—35 см. Таким образом, общая толщина постоянной крепи при новоавстрийском способе в результате перераспределения нагрузок и усилий значительно уменьшается по сравнению с толщиной крепи при других способах.
Основные методы разработки горных пород. Ручная разработка. Разработка ручным механизированным инструментом. Проходка буровзрывным способом. Паспорт буровзрывных работ. Методы взрывания. Основные типы врубов и условия их рационального применения. Бурение шпуров. Применение современных буровых инструментов и машин. Классификация.
|