Власов С.Н., Торгалов В.В., Виноградов Б.Н. Строительство метрополитенов
Подождите немного. Документ загружается.
В$обводненных грунтах или замороженных водонасыщенных песках и$плывунах
гидроизоляционные работы выполняют в$процессе проходческих работ. Это дает
возможность уменьшить приток воды в$ствол и$улучшить условия труда проходчиков,
исключить вынос частиц оттаявшего грунта, образование пустот и$подвижки грунтового
массива за$обделкой. В$этих условиях при монтаже обделки устанавливают сразу полные
болтовые комплекты с$гидроизоляционными шайбами, а$контрольное нагнетание
проводят в$непосредственной близости от$забоя с$подвесного полка. Дополнительное
контрольное нагнетание для уменьшения притока воды, подтяжку болтов и, если это
необходимо, замену болтовых комплектов, а$также чеканку швов тюбинговой обделки
с$предварительной очисткой их$пескоструйным аппаратом ведут с$временных рабочих
пойков. Чеканку производят сначала свинцовой проволокой или освинцованным шнуром,
а$затем расширяющимся или безусадочным цементом. Чеканку цементными составами
разрешается вести при температуре воздуха в$стволе не$ниже +5 &dec;С.
Рис.$99. Опорный воротник шахтного ствола и$домкратная система:
1$— домкрат; 2$— пакет балок; 3$— бетонный опорный воротник; 4$—г$стойка, заан-керенная в$бетон; 5$—
глинистый тиксо-тропный раствор; 6$— тюбинговое кольцо опускной крепи ствола
Рис.$100. Схема соединения ножевого и$уплотняющего колец:
1$— тюбинг обделки ствола; 2$— промежуточная вставка; 3$— ножевое кольцо; 4$— защитное наружное
кольцо; 5$— уплотнительная манжета; 6$— уплотнение из$жирной глины; 7$— тиксотропный раствор
При проходке стволов с$применением буровзрывных работ гидроизоляционные
работы ведут с$временных полков на$расстоянии 20-30$м$от$забоя, чтобы не$расстраивать
чеканку при взрывании.
В$конце строительства в$вентиляционных стволах производят ремонт
гидроизоляции. Эту работу, как и$гидроизоляцию вентиляционных стволов, в$которых она
не$выполнялась, осуществляют обычно с$временных полков, укладываемых на$расстрелы.
Проходка шахтных стволов способом
погружения крепи втиксотропной
оболочке
При погружении (задавливании) крепи в$тиксотропной оболочке опорный воротник
ствола служит упором для домкратов и$одновременно направляющим кондуктором
опускаемой конструкции. Поэтому сооружение опорного воротника является одной
из$наиболее ответственных операций в$комплексе подготовительных работ по$проходке
ствола.
При устройстве опорного воротника (рис.$99) в$него заделывают анкерные стойки.
К$стойкам крепят балочные пакеты, служащие упором для домкратов. Для трубопроводов
и$кабелей, которые должны быть в$последующем проложены постволу, устанавливают
футляры, а$для заполнения пустот под подошвой опорного воротника закладывают
тампонажные трубы.
Специальные закладные детали устанавливают для крепления направляющих
брусьев.
При бетонировании опорного воротника в$качестве внутренней опалубки
используют обычно тюбинговые кольца. Для увеличения диаметра этих колец на$300-
400$мм$в них закладывают специальные вставки.
Для проходки ствола обычно применяют шесть домкратов, равномерно размещая
их$по$окружности крепи. В$качестве домкратов используют гидроцилиндры типа Д-
60$от$проходческих щитов. Наибольший ход штока гидроцилиндра 1200$мм.
Гидроцилиндры подвешивают к$балочным пакетам так, чтобы обеспечить строго
вертикальную передачу нагрузки на$крепь.
Ножевое кольцо погружаемой крепи (рис.$100) состоит из$отдельных секций,
соединенных болтами. Собирают его на$подкладках, обеспечивая высокую точность
положения относительно горизонтальной плоскости. Подкладки извлекают перед началом
погружения крепи. Высота ножевого кольца равна или превышает высоту тюбингового
кольца. Толщина режущей кромки ножа не$должна превышать 20$мм. Для повышения
жесткости ножа полость между вертикальной и$наклонной плоскостью (диафрагмой)
заполняют бетоном. Уширение ножевого кольца относительно наружно-то контура крепи
(ширина уступа для образования зазора между крепью и$грунтом) около 100$мм.
Для предотвращения утечки глинистого раствора в$забой между ножевым
и$следующим за$ним тюбинговым кольцом зажимают уплотнительную манжету
из$многослойной транспортерной ленты. Манжету отгибают вверх таким образом, чтобы
наружная ее$поверхность все время была прижата к$стенке выработки. Зазор между
отогнутой частью манжеты и$тюбингами первого кольца заполняют плотно
утрамбованной глиной.
После монтажа ножевой части и$уплотняющего устройства в$пределах опорного
воротника собирают еще несколько тюбинговых колец.
Для безопасного ведения работ по$монтажу тюбинговых колец и$изоляции швов
между тюбингами к$балочным пакетам подвешивают кольцевой полок. Подвески полка
должны позволять его спуск и$подъем на$высоту не$менее 0,6$м. Для обеспечения
безопасности работ полок оборудуют стопорами, фиксирующими его положение
в$тюбинговом кольце.
К$погружению крепи приступают после заполнения тиксотропным раствором зазора
между опорным воротником и$тюбинговой крепью. Материалом для приготовления
тиксотропного раствора служат глинистые порошки заводского изготовления,
используемые при бурении. Раствор готовят из$глинопорошка в$быстродействующих
растворомешалках. Приготовленный раствор сливают в$баки вместимостью 2-4$м
3
, а$затем
перекачивают насосом в$находящееся за$крепью пространство. По$мере погружения крепи
глинистый раствор подают в$закрепное пространство с$таким расчетом, чтобы уровень
раствора был выше подошвы воротника на$2$м.
Погружение крепи ведут одновременно с$разработкой забоя по$мере выемки грунта.
Для разработки грунта, выдачи его на$поверхность и$погрузки в$автотранспорт
применяют одноканатные проходческие четырех-челюстные грейферы. Грейфер является
навесным рабочим органом грузоподъемного крана. Грунт выгружают в$накопительный
бункер, где он$освобождается от$излишней воды, либо непосредственно в$автомобиль-
самосвал.
Выемку грунта ведут из$средней части забоя, оставляя по$контуру берму шириной
0,5-0,6$м, которая срезается ножевой частью при погружении крепи.
При проходке зоны неустойчивых грунтов ножевая часть должна быть постоянно
вдавлена в$грунт не$менее чем на$0,5$м.
При пересечении зоны водоносных песков и$плывунов погружение крепи ведут под
слоем воды, разрабатывая забой методом подводного землечерпания. Уровень воды
в$стволе должен превышать уровень водоносного горизонта не$менее чем на$1$м. Это
позволяет уравновесить гидростатический напор грунтовых вод и$предотвратить выпуск
подвижных грунтов из-под ножевой части в$забой ствола. Откачку воды из$забоя можно
начинать только после заглубления ножевой части в$водоупор на$глубину 1,5$м.
Перекос плоскости колец, появляющийся в$процессе погружения крепи, исправляют
более интенсивной разработкой грунта с$той стороны, которая опускается медленнее. При
необходимости отключают соответствующие домкраты.
При остановке погружения крепи из-за большого сопротивления плотных грунтов
вдавливанию ножевого кольца или при невозможности разработки грунта грейфером
переходят на$разработку его отбойными молотками. Полное обнажение диафрагмы ножа
и$подработка бермы ниже режущей кромки допускаются только в$случаях крайней
необходимости и$в$присутствии лиц технического надзора.
К$монтажу очередного тюбингового кольца в$процессе проходки ствола приступают
после погружения крепи на$глубину, достаточную для установки тюбингов в$зазор между
башмаками домкратов и$ранее собранным кольцом. Тюбинги устанавливают краном,
который используется для выдачи грунта, или другим грузоподъемным механизмом.
Тюбинги подают к$месту монтажа с$заранее установленными в$отверстия для
нагнетания пробками с$гидроизоляционными шайбами.
Болтовые скрепления при монтаже колец устанавливают с$гидроизоляционными
шайбами. Затягивают болты до$отказа-до выпрямления сферических шайб. Сразу после
окончания монтажа тюбингового кольца швы между тюбингами проконопачивают
просмоленным канатом.
Для наблюдения за$состоянием крепи ствола и$ликвидации возможных течей через
швы между тюбингами по$мере погружения ствола через каждые 4$м$устанавливают
кольцевые полки, соединяемые лестницами.
При достижении нижней кромкой ножевой части опускной крепи скальных грунтов
прекращают погружение крепи и$наращивание ее$сверху и$переходят к$сооружению
ствола с$подводкой колец снизу. Этот переход связан с$предварительным тампонажем
закрепного пространства и$демонтажем ножевого кольца.
Закрепное пространство тампонируют цементно-песчаным раствором при помощи
растворонагнетателей, применяемых при первичном нагнетании за$тоннельную обделку.
Тампонаж ведут через трубы, погруженные сверху в$глинистый раствор. По$мере
вытеснения глинистого раствора цементно-песчаным трубы поднимают.
Демонтаж ножевого кольца ведут с$большой осторожностью, последовательно
заменяя сегменты ножевого кольца тюбингами. Дальнейшая разработка забоя разрешается
только после нагнетания за$подведенное снизу первое кольцо цементно-песчаного
раствора состава 1$: 1$и$твердения его в$течение полутора суток. Последующие несколько
колец устанавливают также с$нагнетанием за$каждое кольцо.
Швы тюбингов чеканят обычным способом после изъятия из$них уплотняющего
просмоленного каната.
Контрольные вопросы
Какие функции выполняют шахтные стволы при строительстве и$как стволы
используются при последующей эксплуатации метрополитена?
Почему для обделки шахтных стволов используют преимущественно чугунные
тюбинги?
Что такое армирование шахтного ствола и$из$чего оно состоит?
Какие специальные способы работ используют при проходке шахтных стволов?
В$чем сущность проходки шахтных стволов способом погружения крепи
в$тиксотропной оболочке?
Для чего служит подвесной полок при проходке шахтного ствола обычным
способом?
Глава XIII. ПРОХОДКА ТОННЕЛЕЙ ИУСТРОЙСТВО КАМЕР
ГОРНЫМ СПОСОБОМ
Краткая характеристика способов
производства работ
К$горным способам сооружения тоннелей относятся такие способы производства
работ, при которых разработку грунта и$устройство постоянной конструкции тоннеля
ведут по$частям, по$отдельным элементам поперечного профиля тоннеля.
Выработку на$полное сечение раскрывают посредством проходки отдельных
выработок небольшого сечения — штолен, калотт, штросс, разработки ядра
с$применением деревянного, анкер-на-брызгбетонного или инвентарного металлического
крепления, под защитой которого возводят постоянную обделку — монолитную —
из$бетона, железобетона или сборную — из$чугунных или железобетонных тюбингов.
В$настоящее время при строительстве метрополитенов горный способ применяют
на$подземных работах:
у$шахтных стволов, в$местах рассечек для проходки горизонтальных выработок,
устройства околоствольных сооружений (рудничных дворов, насосных камер, обходных
штолен, складов ВВ$и$др.), устройства монтажных и$демонтажных камер для щитов,
блоко— и$тюбингоукладчиков и$другого горнопроходческого оборудования, а$также
в$местах пересечения подземных выработок;
для постройки тоннелей и$камер больших пролетов и$переменного сечения, где
по$геологическим условиям невозможно раскрыть такую выработку сразу на$все сечение
без временного крепления;
для проходки коротких тоннелей (длиной до$300$м), где применение щитов
экономически нецелесообразно, а$способ сплошного забоя применять нельзя;
для сооружения различных технологических камер и$межтоннельных выработок
метрополитена вспомогательного назначения (дренажных перекачек, санитарных
и$вентиляционных узлов, электроподстанций и$др.).
Горный способ объединяет несколько способов (методов) производства работ,
каждый из$которых характеризуется определенной
последовательностью раскрытия частей тоннельного профиля, своей системой
временной крепи и$порядком возведения обделки. В$настоящее время наиболее широко
применяются следующие способы производства работ:
способ опертого свода, при котором в$начале проходят сводо-вую часть тоннеля,
возводят в$ней обделку, а$затем разрабатывают ядро, подводят стены и$устраивают
обратный свод;
способ опорного ядра, при котором в$начале возводят стены, затем — свод тоннеля,
а$в$последнюю очередь, разрабатывают ядро и$устраивают обратный свод;
способ раскрытия полного профиля по$частям, при котором разработку грунта ведут
по$элементам тоннельного профиля с$установкой временного крепления, а$затем под его
защитой возводят обделку сразу на$все сечение.
Проходка икрепление штолен
Поперечное сечение штолен принимают, как правило, трапецеидальной формы,
размеры его определяются габаритами подвижного состава (локомотива, вагонеток)
с$учетом оставления безопасных зазоров и$прокладки по$штольням коммуникаций
(электрокабелей, труб). Ширина зазора между наиболее выступающими частями
подвижного состава и$крепью должна быть с$одной стороны не$менее 25$см, а$с$другой —
70$см$(для прохода людей). В$двухпутных штольнях ширина зазора между выступающими
частями подвижного состава в$междупутье не$менее 20$см.$В$местах проведения
маневровых работ проход для людей должен быть с$обеих сторон штольни. Высоту
штолен принимают такой, чтобы контактный провод находился не$ниже 2,2$м$от$головки
путевых рельсов.
Основными типами крепи штолен являются трапецеидальная и$арочная,
позволяющие воспринимать вертикальное и$боковое давление грунтов. В$зависимости
от$срока службы крепь выполняют из$дерева, железобетона или металла.
Временная деревянная крепь для штольни состоит из$деревянных рам-дверных
окладов. Полный дверной оклад трапецеидальной формы (рис.$101, а) состоит из$четырех
частей: горизонтального бревна — верхняка, двух наклонных стоек, поддерживающих
верхняк, и$лежня. Для верхняка и$лежней рам применяют круглый лес диаметром 20-
30$см, а$для стоек — диаметром 18-26$см.$Полные дверные оклады применяют при
проходке штолен в$мягких и$неустойчивых породах. В$этом случае давление от$стоек
передается через лежень на$большую поверхность породы.
Дверной оклад без лежня называют неполным (рис.$101,6), в$этом случае нижние
концы стоек углубляют в$породу на$10— 15$см.$Такую крепь устраивают в$крепких
и$устойчивых породах.
Рис.$101. Дверные оклады (а,$б) и$соединение их$элементов (в, г):
а — полный дверной оклад;$б — то$же неполный; в$— соединение элементов оклада «зуб»; г$— то$же
в$«шор»; 1$— верхняк; 2$— стойка; 3$— лежень
Отдельные элементы дверного оклада соединяются в$«зуб» (рис.$101, в) или в$«шор»
(рис.$101, г).
При большом горном давлении и$в$местах сопряжений с$другими выработками
дверные оклады устанавливают вплотную один к$другому, такую крепь называют
сплошной. В$большинстве случаев, в$зависимости от$инженерно-геологических условий,
дверные оклады устанавливают на$расстоянии 0,75-1,5$м$и$раскрепляют в$продольном
направлении распорками (рошпанами) диаметром 10-12$см$(рис.$102). Вверху рошпаны
устанавливают у$стыков верхняка со$стойками, внизу-на высоте 0,5$м$от$подошвы
выработки. С$элементами дверных окладов распорки соединяют врубкой в$«шор»
и$металлическими скобами.
Кровлю и$бока штольни крепят затяжками— досками толщиной 4-6$см$или
горбылями. Длину затяжек принимают на$30— 40$см$больше расстояния между осями
смежных рам. При проходке в$устойчивых породах бока штольни оставляют без
крепления или крепят досками вразбежку. В$слабых породах бока штольни крепят
затяжками вплотную и$раскрепляют клиньями.
Затяжки в$кровле (марчеваны) устанавливают под некоторым углом: одним концом
их$опирают на$верхняк последней рамы, а$другим заводят в$штрабу, сделанную в$грунте
верхней части забоя. После установки очередной рамы на$ее$верхняк кладут поперечную
доску толщиной 5-6$см$и$шириной 18-20$см, называемую филатой. При помощи
временных клиньев, забиваемых между филатой и$верхняком рамы, прижимают передние
концы марчеван вплотную к$породе. Затем поочередно вынимают клинья из-под филаты,
устанавливают вместо них марчеваны на$следующую заходку и$забивают постоянные
клинья между филатой и$марчеванами и$т.$д. В$случае увеличения горного давления
штольню дополнительно раскрепляют установкой промежуточных рам, средних стоек
и$подхватов.
В$подошве штольни устраивают водоотводную канавку шириной 30-
40$см$и$глубиной 40-60$см, в$зависимости от$притока грунтовых вод.
Вместо деревянных рам для крепления штолен применяют также инвентарные
металлические рамы (рис.$103, а-0), изготовляемые из$железнодорожных рельсов,
двутавровых балок, а$также железобетонные рамы из$отдельных сборных элементов
(рис.$103, г). Преимущество крепления инвентарными рамами — возможность
их$многократного использования, огнестойкость, быстрота сборки и$разборки.
В$последнее время в$горной промышленности широкое распространение получила
арочная податливая крепь типа АП, изготавливаемая из$металла специального
коробчатого профиля СВП (рис.$104). Арочная форма крепи близка к$очертанию свода
обрушения, что позволяет лучше воспринимать горное давление. Податливость крепи
обеспечивается специальной конструкцией звена, соединяющего ее$элементы. Крепь
имеет невысокую стоимость, преимуществом ее$является также возможность
многократного применения.
Арочная податливая трехзвенная (АП-3) и$пятизвенная (АП-5) крепь применяется
для крепления штольнеобразных выработок сечением 6-17$м2$при различных
геологических условиях.
Проходку штолен в$скальных грунтах ведут буровзрывным способом. Цикл состоит
из$следующих процессов: бурения шпуров, закладки зарядов и$взрывания, проветривания
выработки, оборки породы с$креплением кровли, погрузки грунта в$вагонетки с$откаткой,
разработки лунок под стойки, установки рамной крепи и$за-тяжки боков, устройства
водоотводной канавы и$откаточных путей.
Рис.$102. Крепление штольни:
1$— стойка; 2$— верхняк; 3$— металлическая скоба; 4$— верхняя и$нижняя распорки (рошпаны); 5-затяжка
из$досок (марчеван); 6$— поперечная доска (филата); 7$— деревянный клин; 8$— откаточный путь; 9$—
водоотводная канавка; 10$— затяжка боковой стены штольни
Рис.$103. Крепление штольни рамами:
а — неполная рама из$рельсов;$б — полная рама из$рельсов; в$— узел соединения рельсовых верхняка
и$стойки; г$— железобетонная рама из$сборных элементов
Рис.$104. Металлическая арочная трехзвенная податливая крепь АП-3:
1-верхнее звено из$профиля СВП; 2$— нижние звенья; 3$— скоба крепления; 4, 5$— элементы крепления
скобы к$профилю
Рис.$105. Схема установки отвесов при проверке положения рам относительно
продольной оси:
1$— отвесы, опущенные с$маркшейдерского гвоздя; 2$— отвес на$вновь установленной раме
Шпуры бурят перфораторами или буровыми машинами с$промывкой забуриваемого
шпура водой. Число шпуров, их$расположение и$глубина, тип и$количество взрывчатых
веществ (ВВ) и$средств взрывания (СВ) устанавливают в$зависимости от$геологических
условий. Для каждого случая составляют паспорт, утверждаемый главным инженером
строительно-монтажного управления или тоннельного отряда.
Расстояние между рамами крепления проверяют понизу и$поверху специальным
шаблоном, а$вертикальность рам и$наклон стоек отвесами, опускаемыми от$стыков
верхняка и$стоек до$подошвы штольни. Правильность установки каждой новой рамы
относительно продольной оси штольни проверяют по$отвесу, который должен находиться
на$одной линии (в$створе) с$отвесами, опускаемыми с$маркшейдерских гвоздей, забитых
в$середине верхняков предыдущих рам (рис.$105). Правильность положения рамы
в$профиле проверяют при помощи рейки и$уровня, устанавливаемых на$высотные
маркшейдерские костыли, забиваемые в$стойки рам на$расстоянии 1$м$от$подошвы
штольни.
Выверенную раму расклинивают в$верхних углах выработки и$раскрепляют
распорками (рошпанами) в$предыдущую раму. В$кровле марчеваны перекрепляют
на$верхняк и$крепят бока штольни (снизу вверх) досками вразбежку. Устройством