Контрольная работа - Строительство тоннелей
Подождите немного. Документ загружается.
ПРИДНЕПРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
Факультет технический ИЗиДО
Кафедра транспорта и путей сообщения
Контрольная работа
по теме «Строительство тоннелей»
Выполнил студент
заочной формы обучения
___________________________
Проверил
Ганник Николай Иванович
____________________________
Работа зачтена
"____" _____________2009 г.
Днепропетровск 2009
1. Общее понятие о тоннелях
Тонне́ль (фр. tonnelle от фр. tonneau — «бочка»; английское tunnel, вар.: туннель) —
горизонтальное или наклонное подземное сооружение, служащее для транспортных целей,
перемещения воды, прокладки подземных коммуникаций и т.п.
Тоннель может быть пешеходным и/или велосипедным, для движения автомобилей или
поездов, трамваев, перемещения воды (деривационные тоннели гидроэлектростанций,
канализационные коллекторы), прокладки сетей городского хозяйства и тоннели п. Существуют
также так называемые экологические тоннели. Они прокладываются под автомобильными или
железными дорогами и служат для того, чтобы звери могли безопасно перемещаться.
Тоннели строят для преодоления природных препятствий (напр., тоннели под горами), для
сокращения пути (тоннель через гору вместо дороги вокруг), для сокращения времени движения
(тоннель вместо паромной переправы). Тоннели под водными преградами часто строят вместо
мостов там, где мосты могли бы помешать проходу судов. Также тоннели строят во избежание
пересечения разных транспортных потоков на одном уровне (подземные переходы, тоннели
вместо железнодорожных переездов, тоннели как часть автомобильных развязок и тому
подобное).
1.1. По назначению тоннели делятся на семь групп:
железнодорожные
автодорожные
метрополитенов
гидротехнические
коммунальные
горнопромышленные
специальные
1.2. По местоположению тоннели подразделяют на:
горные (проложенные в горных районах - через хребты, водоразделы и
отдельные возвышенности);
подводные (тоннели, сооружаемые под руслом водотока (или под другой
водной преградой, например морским проливом), для пропуска транспортных
средств и размещения инженерных коммуникаций);
равнинные, или городские (например, тоннели метрополитенов).
2. Строительство тоннелей
2.1. Проектирование трассы тоннеля.
2
Глубина заложения тоннеля, его длина, расположение в плане и профиле, форма
поперечного сечения зависят от назначения тоннеля, топографических, геологических и
климатических условий. При проектировании и сооружении тоннелей выполняют комплекс
геодезических работ по выбору и закреплению оси тоннеля в плане и профиле, по вычислению её
геометрических элементов, перенесению этой оси внутрь выработки, по определению длины оси и
разбивке поперечных сечений тоннеля. По трассе тоннеля проводят инженерно-геологические
изыскания для установления геологического строения прорезаемого горного массива, характера
напластований, степени устойчивости и физико-механических свойств горных пород,
гидрогеологического режима и химического состава подземных вод, наличия газов, температуры в
выработке, ожидаемого горного давления и т.д. Эти данные получают на основе проведения
геологоразведочных работ и гидрогеологических исследований при помощи скважин,
геофизическими методами и, в отдельных случаях, по результатам разведочных выработок.
В плане тоннель может быть расположен (полностью или частично) на прямой и на кривой.
Строительно-эксплуатационными преимуществами обладают тоннели, располагаемые на прямых,
так как при трассировании тоннеля на кривых существенно возрастает объём выработки,
усложняются работы по возведению тоннельных конструкций и ухудшаются условия вентиляции
и видимости в тоннеле. В ряде случаев (например, при развитии железнодорожной линии внутри
горного массива) строят петлевые и спиральные тоннели.
Продольный профиль тоннеля может быть одно- и двускатным (с уклоном в обе стороны
от середины тоннеля). По условиям водоотвода расположение тоннеля на горизонтальных
участках не допускается. При большой длине тоннели и его расположении на кривых требуется
снижение уклона пути.
2.2. Расчёт конструкций тоннелей.
Конструкции тоннелей рассчитывают на наименее выгодные, но реальные сочетания
нагрузок и воздействий — основных (действующих постоянно или регулярно, например горного
давления), дополнительных (действующих кратковременно или периодически) и особых (главным
образом сейсмических). Горное давление определяют на основе теоретических предпосылок (с
учётом сводообразования, массы "столба породы" и др. факторов) или по результатам
инструментальных измерений в готовых выработках. Нагрузки, действующие на тоннельные
обделки, делят на постоянные и временные. К постоянным нагрузкам относятся горное и
гидростатическое давления, вес зданий и других наземных сооружений, собственный вес
конструкций, к временным — нагрузки от движущихся поездов в тоннелях, от наземного
транспорта (при мелком заложении тоннелей), а также нагрузки, возникающие в процессе ведения
проходческих работ (давление от нагнетания раствора за обделку, при щитовой проходке —
давление от гидроцилиндров и др.). В практике проектирования тоннелей в нашей стране для
определения силы горного давления принята теория проф. М. М. Протодьяконова, по которой
горное давление определяют исходя из предположения, что над тоннелем образуется свод
давления (свод обрушения), внутри которого порода разрыхлена и давит на обделку. Вес породы,
расположенный вне этого свода, не оказывает давления на обделку.
Расчёт производится по предельным состояниям (состояниям строительной конструкции
при котором они перестают удовлетворять эксплуатационным требованиям, является более
совершенным, отличается полнотой оценки несущей способности и надёжности конструкций
благодаря учёту вероятностных свойств действующих на конструкции нагрузок и сопротивлений
этим нагрузкам, особенностей работы отдельных видов конструкций, а также пластических
свойств материалов) на основе методов строительной механики, теории упругости и механики
грунтов. При этом учитывается совместная работа конструкции и породы как единой упругой
системы. Расчётная схема выбирается в соответствии с характером конструкции и окружающих
пород, а также в зависимости от условий работ (на всех стадиях их выполнения обделка в целом
или её отдельной части должны обладать достаточной прочностью и устойчивостью). Проверку
прочности предварительно заданных сечений бетонной и чугунной обделок производят по
несущей способности, в соответствии с требованиями строительных норм и правил.
3
2.3. Основные элементы тоннелей
Процесс проходки тоннеля заключается в разработке грунта по очертанию и размерам
проходимой выработки, удалении (выдаче) его на поверхность и закреплении выработанного
пространства временной или постоянной крепью.
2.3.1. Горная выработка.
Пространство, образовавшееся после разработки грунта и его удаления, называют горной
выработкой. В зависимости от назначения горная выработка может называться: штольневой (при
проходке штолен), тоннельной (при проходке тоннеля на полное сечение), калоттной (при
проходке верхней части тоннеля горным способом) и др. Рабочее место, где ведут разработку
грунта,— это забой выработки. Поверхность разрабатываемого грунта называют лбом забоя. В
процессе производства работ забой по мере продвижения выработки перемещается вперед.
2.3.2. Горные крепи.
В крепких невыветривающихся скальных породах однородного строения выработка
тоннели может быть оставлена без закрепления, в неустойчивых породах требуется установка
временных крепей горных (искусственных сооружений, возводимых в подземных выработках для
предотвращения обрушения и вспучивания окружающих горных пород, сохранения необходимых
размеров сечения выработок, а также для восприятия и управления горным давлением),
заменяемых впоследствии постоянной конструкцией — обделкой.
Временная крепь предназначена для удержания от обрушений и вывалов грунта кровли,
боков и лба забоя выработки, под ее защитой возводят постоянную обделку из бетона,
железобетонных или чугунных тюбингов. Временные крепи бывают деревянные, металлические,
деревометаллические и реже — железобетонные. Необходимость крепления кровли, боков, лба
забоя и подошвы выработки и конструкция временной крепи устанавливаются проектом
производства работ. При щитовом способе проходки временная крепь используется только для
крепления лба забоя, а крепление кровли, боков и подошвы обеспечивается элементами
конструкции щита, под защитой оболочки которого возводят постоянную обделку.
2.3.3. Обделки.
Обделка — важнейший элемент тоннеля, образующий его внутреннюю поверхность,
воспринимающий горное давление и обеспечивающий защиту тоннелей от подземных вод.
Обделка подземного сооружения – конструкция, закрепляющая выработку подземного
сооружения и придающая последнему очертания, требуемые для его нормальной эксплуатации. В
отличие от временных горных крепей, обделка имеет постоянное назначение, форма и размеры
обделки определяются габаритами, глубиной заложения и назначением подземных сооружений
(тоннели, подземные ГЭС, гаражи, склады, винохранилища и т.п.), а также характером
воспринимаемых нагрузок (давление горных пород, гидростатическое давление, подвижные
нагрузки и т.д.). Конструктивную форма обделки и её поперечное сечение определяются
геологическими условиями и направлением действия на неё основных нагрузок. В слабых
водоносных породах и при большом гидростатическом давлении рациональна обделка кругового
очертания; в устойчивых породах, при преобладании вертикальных нагрузок — обделка
подковообразной формы наиболее полно отвечает требованиям габарита приближения строений.
Обделки подковообразного очертания обычно используют при строительстве камер, раструбов,
транспортных тоннелей. Круговые обделки имеют тоннели метрополитенов, сооружаемые
закрытым способом. Обделки прямоугольной формы используют для тоннелей открытого способа
работ.
Различают следующие элементы конструкции обделки. Верхняя часть — свод — в
подковообразных и круговых обделках и перекрытие в прямоугольных. Боковая часть обделки —
стены, нижняя часть, обратный свод (плоский лоток).
Основным материалы для возведения тоннельных обделок — монолитный бетон,
монолитный и сборный железобетон, чугун и сталь. Их выбор производится в зависимости от
условий района строительства и способа тоннельных работ.
Монолитный бетон и железобетон применяют главным образом при прокладке тоннелей в
труднодоступных районах (где создание производственной базы для изготовления сборных
конструкций экономически нецелесообразно), а также в мягких и слабых породах, требующих
возведения тоннельных обделок по частям. Применение набрызгбетона позволяет уменьшить
4
толщитну обделки и объем выработки, исключить необходимость в опалубке и полностью
механизировать процесс бетонных работ. При этом их трудоемкость снижается почти в два раза, а
стоимость обделки, по сравнению с монолитной на 30-40%.
В комплекс работ по возведению набрызгбетонного покрытия (крепи) входит: подготовка
поверхности выработки, установка и монтаж элементов крепи (анкеры, арки, металлическая
сетка), послойное нанесение покрытия, уход за свеженанесенным покрытием, контроль качества.
Доведение набрызгбетонного покрытия до проектной толщины может выполняться сразу
или поэтапно, что должно быть определено проектом, исходя из скорости проявления горного
давления и особенностей технологии работ.
Набрызгбетон имеет высокие прочностные характеристики, прочность его растяжения
примерно на 10% выше, чем у обычного бетона. Благодаря ударному нанесению образуется
покрытие повышенной прочности, плотности и водонепроницаемости. К достоинствам
набрызгбетона относится также хорошее сцепление его с грунтом и арматурой, технологичность,
уменьшение расхода цемента.
Применение сборных обделок, состоящих из элементов заводского изготовления (чугунных
тюбингов железобетонных блоков сплошного или ребристого сечения и др.), обусловлено
повышением скоростей проходки тоннели и ростом производительности труда.
Сборные обделки кругового очертания собирают из отдельных элементов — тюбингов или
блоков. Тюбинг (английское tubing, от tube — труба) – элемент сборного крепления подземных
сооружений, представляет собой цилиндрический сегмент с кольцевыми и радиальными ребрами
жесткости. Тюбинг изготовляют из металла (чугуна, стали) и железобетона. Чугунный Тюбинг —
литое изделие в виде цилиндрической оболочки, окаймленной бортами, обращенными внутрь
тоннеля. Борта служат для болтовых соединений отдельных тюбингов и целых колец между собой
и придают обделке необходимые жёсткость и прочность. Толщину тюбинга определяют расчётом
на растяжение-сжатие при различных сочетаниях внешних нагрузок. Ширину тюбинга выбирают
в зависимости от устойчивости горных пород и от размеров поперечного сечения тоннеля.
Стальные тюбинги (обычно сварные) используют в качестве сопрягающих элементов между
чугунными тюбингами и в отдельных случаях (литые или штампованные тюбинги) в качестве
конструктивных элементов основной обделки. Болтовые соединения обеспечивают жесткое
соединение тюбингов, образующих кольцо и кольцевые сегменты друг с другом.
Конструкции железобетонных тюбингов (или блоков), применяемых в основном для
обделки тоннелей метрополитенов, бывают двух типов: криволинейного очертания и с плоской
поверхностью (лотковые).
Железобетонный тюбинг Железобетонный блок
Перегонный тоннель с обделкой из чугунных тюбингов
Сборные обделки криволинейного очертания чугунные (из
чугунных тюбингов) используют в водонасыщенных горных
породах при наличии большого гидростатического давления, а
железобетонные — из блоков сплошного сечения или ребристые,
применяют в сравнительно сухих породах. Тюбинговая обделка
прочна, долговечна, удобна в монтаже и обеспечивает надежную
гидроизоляцию даже при высоком напоре грунтовых вод, но
является дорогостоящей и металлоемкой.
Поэтому, если позволяют геологические и гидрологические условия, используется
тюбинговая или блочная железобетонная обделка.
Из-за низкой трещиностойкости бетона и растягивающих напряжений в кольце,
возникающих из-за жесткой связи между элементами, большое распространение получила
5
блочная железобетонная обделка. Блоки, составляющие кольцо обделки, свободно (шарнирно)
опираются в продольных стыках. Изгибающие моменты сведены до минимума, а бетон работает
преимущественно на сжатие. В проектном положении блоки фиксируются друг относительно
друга металлическими шпильками, устанавливаемыми при монтаже кольца.
Водонепроницаемость железобетонной обделки обеспечивается гидроизоляцией стыков
(например, расширяющимся цементом), а также уплотнением заобделочного пространства путём
нагнетания в него цементно-песчаного раствора (либо бентонитовой глины). В обводнённых
условиях заложения тоннельных конструкций водонепроницаемость сборной железобетонной
обделки достигается применением внутреннего гидроизоляционного покрытия в виде оболочки-
рубашки или с помощью устройства (в процессе заводского изготовления блоков обделки)
наружного или внутреннего экрана. В слабых глинисто-песчаных грунтах (особенно при
сооружении тоннелей мелкого заложения) эффективно применение сборной железобетонной
обделки, «обжатой породой» для обеспечения совместной работы обделки и окружающего
массива и предотвращения осадок поверхностных слоев грунта.
Для обеспечения водонепроницаемости обделок используется наружная
гидроизоляционная обмазка или оклеечная гидроизоляция из материалов рулонного типа
(гидростеклоизол, полиэтилен и др.), наносимая в процессе заводского изготовления блоков.
Сплошную гидроизоляцию устраивают из рулонных органических или синтетических пленочных
материалов, различных композиций на основе синтетических смол, тонких стальных листов. Для
защиты от затопления входных участков подводных тоннлей, а также в горных условиях
применяют рампу — железобетонную конструкцию корытообразного сечения.
Монолитные обделки тоннелей, заложенных в устойчивых скальных грунтах, защищают от
воды наружной гидроизоляцией, которую устанавливают до возведения обделки. Поверх
пленочной гидроизоляции сооружают армокаркас.
2.4. Способы строительства
В зависимости от глубины заложения тоннеля для его сооружения применяют либо
открытый, либо закрытый способ работ.
2.4.1. Открытые
Открытые способы применяют при сооружении тоннелей мелкого заложения (проходящих
на глубине 10—15 м от поверхности земли), при этом все работы по возведению тоннельных
конструкций выполняют в открытых котлованах, которые после завершения строительства
засыпают грунтом. При открытом способе строительства тоннелей, поверхность вскрывается,
6
тоннельные конструкции возводятся в котловане со свайными креплениями или откосами.
Городские подземные коммуникации перекладываются, движение наземного транспорта
отводится в сторону. Основания и фундаменты зданий вблизи трассы при необходимости
укрепляются.
В число открытых способов входят:
- котлованный способ, состоящий в том, что на полную ширину тоннеля до уровня
подошвы будущего тоннеля раскрывают котлован, стены которого оставляют без крепления (под
углом естественного угла откоса грунта) или поддерживают временной крепью (если они
вертикальны); обделку тоннеля сооружают в котловане, а затем засыпают грунтом;
- траншейный способ, при котором котлован разрабатывают по частям (в этом случае для
устройства вертикальных стен тоннеля используют способ «стена в грунте»). Таким способом
часто строят пешеходные тоннели;
- использование передвижной металлической крепи прямоугольного сечения (щит
открытого способа) для крепления стен котлована и устройства тоннельной обделки.
Готовые секции тоннелей из сборных железобетонных элементов устанавливают с
помощью кранов на заранее подготовленное основание, после чего выполняются работы по
омоноличиванию стыков и гидроизоляции. В некоторых случаях (камеры съездов, раструбы, места
сопряжения различных типов обделок) используются монолитные конструкции. По окончании
монтажа основных конструкций тоннелей, производится обратная засыпка котлована грунтом,
иногда в надтоннельном пространстве устраиваются служебно-технические помещения.
2.4.2. Закрытые
Закрытые способы строительства тоннелей применяются как для строительства тоннелей
глубокого (>20 м), так и мелкого залегания. В зависимости от того, в какой породе располагается
тоннель, выбирают ту или иную технологию строительства. При закрытом способе разработка
породы (проходка) и возведение обделки выполняются через стволы шахт или входные участки
тоннели (порталы).
2.5. Основные методы проходки выработок и производства тоннельных работ:
2.5.1. Горный метод — грунт разрабатывается по частям, а далее по частям с помощью
временных креплений возводится обделка.
Сооружение тоннеля горными методами включает два основных этапа: разработку и
удаление породы, и возведение в полученной выработке постоянной конструкции — обделки. В
зависимости от свойств горных пород раскрытие выработки ведут по частям или за один приём
(на полный профиль). В мягких и полускальных породах сечение (профиль) выработки
расчленяют на отдельные сравнительно мелкие части, закрепляемые временной
(преимущественно деревянной) крепью, исключающей возможность обрушения породы. В
скальных породах возможно расчленение сечения на более крупные части; временная крепь
устанавливается лишь по контуру выработки, а её внутреннее пространство остаётся свободным.
Благодаря этому работы могут быть в значительной степени механизированы. Разработка породы
производится, как правило, буровзрывным способом с помощью бурильных машин большой
мощности и механизацией погрузки и выдачи породы, при поточной системе организации работ
по длине тоннеля. Для бетонирования обделки используют передвижные металлические опалубки,
обеспечивающие возможность применения бетоноукладочных машин. Значительное
распространение получил способ опёртого свода, используемый в достаточно устойчивых
породах, способных выдерживать давление, бетонного свода обделки. При этом способе
раскрытие выработки производится по частям; вначале сооружают бетонный свод, опёртый на
породу, а затем, по мере разработки нижележащих частей сечения, под пяты свода подводят стены
из монолитного бетона. Работы могут вестись по одноштольневой и двухштольневой схемам. При
способе сплошного забоя, практикуемом в устойчивых скальных породах, раскрытие выработки
производят на полный профиль, для чего применяют специальное горнопроходческое
оборудование — буровые подмости, самоходные буровые рамы, установки и агрегаты.
Бетонирование обделки осуществляют при помощи бетононасосов или бетоноукладчиков.
2.5.2. Щитовой метод — при помощи щита проводится разработка грунта на полное
сечение, а затем сооружение обделки тоннеля. Щитовой способ получил преимущественное
распространение при сооружении тоннелей в слабых и неустойчивых породах.
7
Основным элементом щитовой технологии строительства тоннелей является проходческий
щит, представляющий собой передвижную временную крепь в виде цилиндрической оболочки,
под прикрытием которого выполняют необходимые проходческие операции: разработку и
погрузку грунта, транспортирование грунта за пределы щита, возведение обделки тоннеля.
Выемку грунта осуществляют в головной части щита, возведение обделки в хвостовой.
Проходческие щиты делятся на 2 категории, которые в свою очередь подразделяются
конструкционно:
Основные размеры проходческих щитов зависят от диаметра обделки, геологических
условий проходки и типа механизированного оборудования. На скорость проходки влияют
размеры сечения и тип проходческого щита, при благоприятных условиях она достигает
нескольких сотен метров в месяц. Конструкции проходческих щитов совершенствуют путём
создания унифицированных режущих инструментов и погрузочных ковшей, разработки
взаимозаменяемых инструментов.
Механизированный проходческий щит оборудован рабочим органом, посредством
которого осуществляют разработку грунта, его удаление за пределы щита грунтозаборным
устройством и погрузку в транспортные средства. Перемещение щита осуществляется по мере
продвижения забоя. Как только щит передвигают на расстояние равное ширине кольца отделки,
возводят очередное кольцо. Таким образом цикл работ постоянно повторяется: выемка грунта -
передвижение щита - возведение обделки. Для возведения обделки используют специальный
механизм - блокоукладчик.
Конструктивно, щит представляет собой металлическую оболочку, состоящую из трех
основных частей. Передняя часть, имеющая режущие инструменты, непосредственно
контактирует с забоем. В средней части по периметру размещены домкраты передвижения щита.
Хвостовая часть представляет собой цилиндрическую оболочку, внутри которой возводится
очередное кольцо тоннеля. Возведение обделки сопровождается закрепным тампонажем,
связанным с заполнением кольцевого зазора между обделкой и поверхностью грунта.
Сборка обделки тоннеля производится при помощи эректоров, тюбинго- или
блокоукладчиков, размещаемых непосредственно на щите или за щитом на специальных опорных
подвижных конструкциях. В неустойчивых водонасыщенных породах щитовую проходку ведут в
сочетании с подачей сжатого воздуха как средства осушения забоя. Для ограждения головной
части выработки (где ведут разработку породы и монтаж обделки при повышенном воздушном
давлении) от остальной части тоннеля применяют воздухонепроницаемые переносные
перегородки, оборудованные шлюзовыми устройствами для пропуска людей, выдачи породы,
доставки материалов и различного оборудования. В отличие от горных способов сооружения
тоннелей, щитовая проходка не требует применения временных крепей, что повышает
безопасность и экономическую эффективность выполнения работ. Проходческий щит может быть
приспособлен (при использовании специальных механизмов) для проходки различных пород
(пластичных, сыпучих, плывунных и др.), что обеспечивает возможность полной механизации
всех процессов тоннельных работ при высоком качестве их выполнения и больших скоростях
8
проходки. Щитовая проходка получила наибольшее развитие при сооружении тоннели
метрополитена.
2.5.3. С применением проходческих комбайнов
При проходке подземных выработок в достаточно
прочных и устойчивых грунтах применяется способ
ступенчатого забоя. При этом выработку раскрывают сразу на
полное сечение в два этапа, а затем возводят постоянную
обделку. При этом горнопроходческие работы ведут с
применением крупных средств механизации.
Комбайновую технологию строительства тоннелей с
механизированной разработкой горной породы используют в
широком диапазоне типов горных пород.
В грунтах с коэффициентом крепости f=6 по шкале Протодьяконова возможно применение
способа нижнего уступа, при котором плотный профиль проходят с опережением нижней части на
длину 30 - 50 метров. Грунт в верхнем и нижнем забоях разрабатывают тоннелепроходческими
машинами (ТПМ) избирательного действия. В этом способе организуется два независимых забоя,
в каждом из которых действует ТПМ, а также средства погрузки и транспортировки извлекаемого
грунта.
ТПМ оснащена маханизированным рабочим органом для разработки грунта, системой
ковшовых устройств и транспортеров по которым грунт удаляется за пределы машины и
перегружается в транспортное средство. Транспортировка грунта, установка временной крепи и
возведение обделки производятся по аналогии с обычным горным способом работ.
При применении ТПМ в значительно меньшей степени, чем при буровзрывном способе,
нарушается устойчивость окружающего массива, поскольку динамические воздействия
уменьшаются. В связи с этим практически устраняется опасность вывалов и осадок поверхности
земли. ТПМ обеспечивает создание достаточно ровного контура выработки с минимальными
переборами, что приводит к сокращению объемов погрузочных и транспортных операций и
расхода бетона на возведение обделки по сравнению с буро-взрывным способом.
2.5.4. Сплошного забоя и уступный метод
Метод сплошного забоя — грунт разрабатывается в забое на полное сечение (профиль), а
затем с помощью временных креплений возводится обделка тоннеля.
Уступный метод применяют при сооружении тоннелей, площадью сечения более 120 - 130
м
2
и высотой более 10 м преимущественно в крепких скальных породах. Отличие уступного
способа от способа сплошного забоя состоит в разделении сечения тоннеля на две части, каждую
из которых разрабатывают своим забоем на различных высотных отметках и в разное время.
Существует два варианта уступного способа: верхний и нижний.
Вариант верхнего уступа. Разрабатывается нижняя часть сечения, а затем, с некоторым
отставанием ведется разработка верхнего уступа. Вариант имеет ряд технологических недостатков
и применяется редко.
Вариант нижнего уступа. Этот вариант широко распространен в практике тоннелестроения,
особенно для тоннелей большого сечения и высоты. Сначала разрабатывают верхнюю часть
сечения, а затем, с отставанием, ведут разработку нижнего сечения.
При сооружении тоннеля способом нижнего уступа сначала разрабатывают верхнюю часть
сечения - калотту. Разработка калотты ведется способом сплошного забоя. Высоту калотты
назначают не менее 4 м, исходя из условий размещения по высоте проходческого оборудования.
9
Далее осуществляют бетонирование (арочная крепь, набрызгбетон) в зависимости от проекта и
условий в которых сооружается тоннель.
После разработки и бетонирования калотты разрабатывают штроссу с отставанием у стен
выработки берм, ширина которых определяется давлением свода на грунт. Далее в шахматном
порядке разрабатывают боковые части штроссы и бетонируют в них стены.
2.5.5. Бестраншейная прокладка коммуникаций, микротоннелирование
Бестраншейные технологии, известные в мире как NO-DIG или TRENCHLESS
TECHNOLOGIES, представляют собой вариант выполнения работ по подземному строительству
без вскрытия грунта. При использовании бестраншейных технологий более 90% всех работ
проводится под землей, что исключает:
необходимость восстановления дорожного покрытия;
нарушения привычного ритма жизни города;
перекрытия транспортных магистралей ;
нарушения существующих коммуникаций.
Бестраншейные технологии являются более экономически выгодными (в 2,5-3 раза) по
сравнению с традиционным (траншейным) методом, кроме того, бестраншейные методы
прокладки коммуникаций не наносят ущерба окружающей среде.
Тенденции последних лет указывают на то, что коммунальными службами городов-
мегаполисов различных стран всё большее внимание уделяется вопросам использования
перспективных бестраншейных технологий восстановления (санации) и прокладки
водопроводных, водоотводящих и других инженерных сетей, что является альтернативой
традиционному открытому способу реконструкции и строительства трубопроводов котлованным и
траншейным способами. Решение проблемы восстановления и прокладки трубопроводов видится
в широком использовании бестраншейных технологий с применением специального
оборудования. Самым перспективным оборудованием для этого вида работ в настоящее время
являются микрощиты, установки направленного горизонтального бурения и пневмопробойники.
Прокладку коммуникаций через водные преграды по заданному направлению производят
установками горизонтально-направленного бурения - ГНБ. Метод ГНБ состоит в использовании
специальных буровых установок, способных осуществлять предварительное бурение, так
называемое пилотное бурение, по заранее рассчитанной траектории с последующим расширением
скважины и прокладкой в ней трубопроводов.
Подземные коммуникации, прокладываемые в городских условиях на больших глубинах
(до 80 м) и на значительные расстояния (до 1,5 км) с отклонением от проектной оси не более 30
мм можно осуществлять только микрощитам. Для этого достаточно двух котлованов: стартового и
приёмного, глубина которых соответствует глубине прокладки. В стартовом котловане
устанавливается мощная домкратная станция, на которую помещается проходческий щит. С
помощью домкратов осуществляется перемещение щита в грунтовом массиве на величину
заходки, равную его длине, после чего на домкратную станцию помещается труба продавливания
той же длины и процесс повторяется. Наращиванием отдельными трубами производится монтаж
трубопровода, т.е. осуществляется проходка до выхода щита в приёмный котлован (колодец).
Точность проходки осуществляется компьютерным комплексом управления с применением
системы лазерного ведения щита.
Технология микротоннелирования позволяет прокладывать трубопроводы в грунтах любой
категории – от неустойчивых суглинков и водоносных песков до скальных пород. В зависимости
от категории грунта подбирается соответствующий режущий орган проходческой машины, что
позволяет добиться оптимальных скоростей и параметров проходки.
Бестраншейные технологии применяются при проведении следующих видов работ:
прокладка кабеля связи;
прокладка нефте-газо-тепло-проводов;
прокладка канализации и водопроводов ;
вертикальное использование - для формирования свай и свайных конструкций, колодцев и
скважин, закрепление сводов подземных сооружений;
замена труб, разрушение старых труб с одновременной прокладкой новых.
10