Сооружение туннелей горным способом. Методы раскрытия сечений

В зависимости от площади поперечного сечения все гидротехнические туннели подразделяются на туннели малого (до 12 м² ), среднего ( 13÷59 м²) и большого (60 и ˃ м²) сечения.

Строительство подземных сооружений, как правило, состоит из двух основных элементов: проходка выработки с временной крепью и возведение в ней постоянной конструкции. В свою очередь, процесс проходки состоит и разработки породы по всей площади поперечного сечения на величину заходки с последующей установкой временной крепи, предохраняющей кровлю и стены выработки от обрушения.

Проходкой выработки называется технологический процесс разрушения горной породы по трассе будущего подземного сооружения. Величина продвижения забоя за один взрыв получила название заходки.

В зависимости от способа разрушения породного массива различают горный и механизированный способ сооружения подземных выработок. Горный способ включает рыхление скального грунта взрывом или отбойными молотками, устройство временного крепления и постоянных обделок.

При механизированном способе проходки породный массив разрушается горным комбайном, механизированным щитом, тепловыми лучами, водяной струей и другими методами.

При горном способе применяют пять основных методов раскрытия сечения: метод сплошного забоя, уступный метод, метод опертого свода, метод опорного ядра и метод раскрытия по частям.

По области применения методы раскрытия сечения условно объединяют в две группы.

К первой группе относят сплошной и уступный метод. Эти методы применяются в устойчивых (ϯ > 4) и средней устойчивости (ϯ = 2÷4) и скальных грунтах при проходке туннелей без ограничения длины.

Ко второй группе относят метод опертого свода, опорного ядра, раскрытия на полный профиль по частям. Эти методы используются для проходки коротких туннелей и участков нарушенных зон по трассе подземных сооружений.

Метод сплошного забоя предусматривает разработку всего сечения туннеля за один прием. Метод применяется при проходке туннелей сечением до 120 м². Проходка туннелей выполняется без крепи или с облегченной крепью. Временная крепь может быть анкерной, набрызг-бетонной и комбинированной (сочетание арочной и набрызг-бетонной крепи), металлической арочной и из низкомарочного бетона (черновой). В трещиноватых породах используется облегченная анкерная крепь с сеткой, набрызг-бетонная крепь или их сочетание. При увеличении горного давления и дальнейшем снижении устойчивости кровли выработки проходку ведут с устройством жесткой металлической арочной крепи из профильного проката.

Уступный метод производства туннельных работ применяется при проходке туннелей с площадью поперечного сечения более 100 м² и высоте более 10 м без ограничения их длины. В отличие от метода сплошного забоя, поперечное сечение выработки делят на части с последующей проходкой и бетонированием каждой части. Метод предусматривает три схемы раскрытия сечения: верхним, нижним и боковым уступами (Рис. 53).

Рис. 53. Схемы раскрытия сечения туннеля уступным методом

а – верхний уступ, б – нижний уступ, в – боковой уступ

Способ верхнего уступа заключается в следующем. Сначала на всю длину туннеля по его подошве проходится вспомогательная передовая штольня малого или среднего сечения. Далее, с использованием вспомогательной штольни в качестве второй обнаженной поверхности, разрабатывается основное сечение.

Способ бокового уступа используется в большепролетных выработках шириной 20 и более метров в устойчивых породах и при меньшей ширине в трещиноватых породах. Метод позволяет надежно закрепить кровлю на значительной длине выработки и более рационально выбрать проходческое оборудование.

Наибольшее распространение получил способ нижнего уступа, при котором сооружение туннеля осуществляется в два этапа. В первую очередь на всю длину туннеля сплошным забоем проходится верхняя часть сечения, которая с отставанием 200÷300 м бетонируется. Далее разрабатываются нижние уступы, высота которых составляет 6÷10 м. После разработки уступов бетонируются стены и в последнюю очередь бетонируется лоток туннеля. К достоинствам способа можно отнести возможность быстрого закрепления кровли, простоту перехода к другим способам проходки туннеля, возможность использования высокопроизводительного оборудования. Недостатком способа является удлинение сроков строительства в связи с поэтапностью возведения туннеля.

В туннелях сечением более 50 м² и длиной до300 м разрабатываемых в сильно трещиноватых породах с ϯ=3 и выше, способных воспринимать нагрузки от пят свода с учетом горного давления, используется метод опертого свода. Он предусматривает проходку вначале сводовой и пятовых штолен на всю длину туннеля с устройством в них временного крепления (Рис. 54).

Рис. 54. Очередность раскрытия сечения туннеля по методу опертого свода

В штольнях 2 бетонируются пяты свода участками по 8÷10 м. Далее производится последовательная разработка участков массива между верхней штольней и пятовыми штольнями заходками по 6÷10 м с устройством бетонного свода 4 и 5 до окончания работ по всей длине туннеля. Смежные заходки должны располагаться друг от друга на расстоянии равном 3 – 4 длинам их пролетов. Под защитой железобетонного свода послойно разрабатывается верхняя часть ядра 6. Далее уступным способом вынимается нижняя его часть 7 с отставанием защитных штросс 8 и 10 с двух сторон туннеля. Следующим этапом является последовательная разработка каждой штроссы и ее бетонирование 9, 11. Лоток туннеля бетонируется заходками или сразу на всю длину туннеля в зависимости от устойчивости скального массива. В обводненных туннелях по центру лотка проходится дополнительная дренажная штольня, которая соединяется со сводовой штольней восстающими штольнями через 15÷20 м. Площадь поперечного сечения вспомогательных выработок принимается наибольшей по условию их устойчивости, а проходка ведется методом сплошного забоя.

Метод опорного ядра применяется при проходке туннелей большого сечения и малой от 250 до 300 м протяженности в весьма неблагоприятных инженерно-геологических условиях, представленных сильно нарушенными породами (ϯ = 1 – 2), оказывающими значительное горное давление и не способных воспринимать нагрузку от свода выработки. Очередность раскрытия сечения при этом методе направлена на создание по контуру туннеля снизу вверх постоянной конструкции путем проходки выработок малого сечения с возведением в каждой из них участка постоянной обделки туннеля (Рис.55). Под защитой готовой обделки, производится послойная выемка ядра туннеля.

Рис.55. Очередность раскрытия сечения туннеля по методу опорного

Дата добавления: 2014-01-03