книги / Строительство подземных сооружений в городах

Конструкция лотка (пола) камеры, как правило, представляет собой бетонную или железобетонную плиту (если нет обратного свода), размеры которой в каждом конкретном случае определяют с помощью расчета.

а

Рис. 5.4. Конструкции крепи камерных выработок, сооружаемых в слабых неустойчивых породах:

а— монолитная железобетонная крепь; б — сборная железобетонная крепь;

в— сборная железобетонная крепь с опорами треугольного очертания для односводчатой станции метрополитена; г — сборная крепь для односводчатой станции метрополитена с опорами из усиленных железобетонных тюбингов; 1 — распределительная галерея; 2 — напорный тоннель; 3 — грабельный зал; 4 — машинный зал; 5 — напорный трубопровод; 6 — вертикальный ствол;

7 — элементы сборной конструкции крепи; 8 — конструктивные элементы опор свода камеры; 9 — опоры из усиленных железобетонных тюбингов; размеры приведены в метрах.

131

Выбор типа конструкции крепи для камерных выработок в зависимости от инженерно-геологических условий на стадии технико-экономических расчетов можно осуществлять по рекомендациям В.М. Мосткова, согласно табл. 5.1.

132

5.2. Вскрытие камерных выработок

При строительстве крупных камерных выработок для обеспечения высоких темпов проходки и использования высокопроизводительного оборудования по выемке породы и возведению постоянной конструкции крепи, а в дальнейшем для доставки в камеры стационарного оборудования существенное влияние оказывает с х е м а вскрытия камеры, т.е. число и расположение подходных выработок, а также размеры их поперечного сечения. По своему назначению подходные выработки делят на постоянные (эксплуатационные), которые будут использоваться в период эксплуатации подземного сооружения, и временные (строительные), которые нужны только на период его строительства.

Выбор схемы расположения подходных выработок обусловливается множеством факторов, наиболее значимые из которых — топография местности строительства, городская застройка, объемы подземных работ и запланированные сроки ввода в эксплуатацию всего объекта.

Возможны четыре схемы вскрытия камерных выработок: горизонтальными, наклонными, вертикальными и спиральными выработками. Иногда при строительстве применяют комбинированную схему (рис. 5.5).

Первую схему вскрытия камеры, т.е. горизонтальными выработками, целесообразно применять при таком рельефе местности, когда существует возможность провести горизонтальные выработки (штольни) к проектируемой камере.

Вскрытие наклонными подходными выработками рекомендуется при слабохолмистой рельефной местности и неглубоком залегании объекта строительства. Как правило, роль подходной выработки выполняет наклонный ствол.

Вертикальный подход в виде вертикальных стволов целесообразен при равнинном рельефе местности.

Иногда следует осуществлять вскрытие камеры с помощью подходной выработки, пройденной по спирали, что позволяет выдавать породу из камеры автомобильным транспортом непосредственно на дневную поверхность.

Практика подземного строительства имеет опыт и комбинированной схемы расположения подходных выработок, как правило, это имеет место при вскрытии машинных залов гидроэлектростанций, когда подсводовую часть камеры вскрывают горизонтальной выработкой, а нижнюю — наклонными или вертикальной в сочетании

Рис. 5.5. Варианты вскрытия камерных выработок; а — горизонтальными подходными выработками;

б — наклонными; в — вертикальными в сочетании с горизонтальными; г — спиральными.

133

5.3. Схемы раскрытия поперечного сечения камер

Выработки с большим поперечным сечением предпочтительнее проводить в скальных и полускальных породах, поэтому в настоящее время самым распространенным способом выемки породы в забое является буровзрывной.

Расположение выработок в крепких породах обусловливается прежде всего стремлением сократить затраты на проведение и возведение постоянной крепи камерной выработки, т.е. постараться использовать как можно больше грузонесущую способность вмещающих пород как в момент проведения выработки, так и в период эксплуатации самого подземного сооружения. Однако, для того чтобы добиться этого, необходимо в момент разработки забоя не нарушить целостность пород приконтурного массива, что неосуществимо при буровзрывном способе разрушения.

Вследствие ограниченной протяженности камерных выработок, а также больших площадей поперечного сечения широкое использование проходческих комбайнов при проведении этих выработок исключается.

Существенное отличие размеров поперечного сечения камерных выработок в сравнении с сечениями выработок, используемых в горнодобывающих отраслях, и даже с сечениями транспортных тоннелей не позволяет использовать при их проведении хорошо зарекомендовавшие себя технологии, а требует применения иных организационных способов и технологических схем проходки. Объясняется это тем, что в забое, как правило, взрывают большую массу взрывчатого вещества, а это сопровождается значительными сейсмическими колебаниями пород вмещающего массива и выделением большого количества продуктов взрыва. Кроме того, непосредственно после взрыва образуется значительная поверхность обнажения стен и свода выработки, требующая оперативного приведения их в безопасное состояние и поддержания, хотя бы на период погрузки пород. Однако сразу после уборки породы необходимо в самые кратчайшие сроки закрепить выработанное пространство, причем делать это приходится в зоне повышенной опасности. Указанные обстоятельства обязывают строителей выполнять уборку породы и возводить временную крепь в сжатые сроки. Поэтому при проектировании технологии строительства таких камер проектировщики вынуждены вносить значительные изменения в известные технологии проходки и крепления горных выработок.

Прежде всего, при проведении камерных выработок рекомендуется использовать только контурное взрывание, причем при разработке сводовой части камеры применяют, как правило, последующее оконтуривание, а при разработке основного ядра — предварительное щелеобразование вдоль стен камеры.

Значительные объемы проходческих работ и, в частности, приведение забоя в безопасное состояние, уборка породы и поддержание незакрепленного выработанного пространства вынуждают строителей возводить временную крепь. Все это обусловливает применение только высокопроизводительного погрузочного оборудования и использование высокотехнологичных конструкций временной крепи. Особое внимание при проведении камерных выработок уделяют такому опасному процессу, как приведение забоя в безопасное состояние, поскольку после взрыва образуются большие площади обнаженной поверхности и, как следствие, эти обнажения зачастую сопровождаются значительными объемами отслаивающейся породы (заколами).

Поэтому в процессе проведения таких выработок в обязательном порядке ведут мониторинг за состоянием пород вмещающего массива и конструкцией временной крепи ранее закрепленных участков, постоянную же крепь возводят с некоторым отставанием от забоя. Основными показателями мониторинга служат перемещения,

134

конвергенция, возникающие усилия в анкерах, фильтрация и трещиноватость пород, напряжения в набрызгбетоне и самой породе, сейсмические колебания во вмещающем массиве.

Большая концентрация работающих механизмов и людей в ограниченном подземном пространстве обязывает технический персонал создавать надежные системы проветривания выработанного пространства и оптимальное функционирование транспортных потоков.

При строительстве камерных выработок небольшой высоты (до 10 м) в зависимости от горно-геологических условий используют, как правило, известные в тоннелестроении способы проходки. Прежде всего, способы сплошного забоя, верхнего и нижнего уступов, опертого свода, опорного ядра, новоавстрийский способ, способ проходки с опережающей выработкой.

Однако при проведении камерных выработок особо больших поперечных сечений широкое распространение получили следующие принципиальные схемы: поэтапное раскрытие всего сечения камеры, начиная со свода, горизонтальными уступами (рис. 5.68, а); создание по контуру камеры, начиная со стен, прорези с одновременным возведением в этой прорези постоянной крепи стен камеры, затем разработка породы и возведение постоянной крепи в подсводовой части сечения камеры, и только затем отработка ее основного ядра (рис. 5.6, б); поэтапное раскрытие сечения камеры отдельными фрагментами как в профиле, так и в плане (рис. 5.6, в).

Рис. 5.6. Очередность раскрытия сечения (1-7) и возведения постоянной крепи (Г—7') камерных выработок особо больших поперечных сечений.

При первой схеме (5.6, а) раскрытия поперечного сечения камер вначале на всю длину камеры проводят ее сводовую часть с одновременной установкой временной крепи, затем возводят постоянную крепь и приступают к разработке сверху вниз основного ядра камеры. При этом массив породы отрабатывают уступами с одновременным возведением конструкции крепи стен камеры (см. рис.).

Технология раскрытия сечения камеры по контуру (5.6, б) с последующей разработкой ядра предусматривает проведение по контуру камеры соприкасающихся выработок, образующих в конечном итоге прорези по всему периметру. Одновременно с проведением этих выработок в них возводят отдельные элементы постоянной конструкции крепи стен и свода камеры.

Технологию поэтапного раскрытия всего сечения камеры отдельными заходками как в профиле, так и в плане в практике подземного строительства называют новоавстрийским способом. При этом способе поперечное сечение выработки разрабатывают отдельными фрагментами, как это показано на рис. 5.6, в, причем забои отдельных фрагментов сдвинуты вдоль продольной оси камеры на 20 - 30 м.

Первую схему раскрытия сечения камеры чаще всего применяют при строительстве камер, располагаемых в скальных и полускальных породах. Вторая и

135

третья схемы могут быть использованы в полускальных трещиноватых и мягких породах, склонных к вывалообразованию.

5.4. Технология проведения камерных выработок в скальных и полускальных породах

Как отмечалось ранее, при строительстве камерных выработок в таких условиях, как правило, вначале проводят подсводовую часть выработки, а затем горизонтальными уступами разрабатывают основное ядро.

Разработку подсводовой части камеры пролетом до 20 м, согласно СНиП 3.07.01—85, рекомендуется осуществлять сразу на полное сечение и на всю длину с установкой временной крепи, а затем приступать к возведению постоянной крепи свода. Высоту верхней части свода следует принимать такой, чтобы существовала возможность использования высокопроизводительного бурового, погрузочного и транспортного оборудования. На практике часто высоту сводовой, одновременно разрабатываемой части сечения принимают, исходя из возможностей бурового оборудования, как правило, она не превышает 10 м.

Возможные схемы раскрытия сводовой части камеры и последовательность работ по разработке породы в забое и возведению временной, а также постоянной крепи при проведении сводовой части камеры на полное сечение показаны на рис. 5.7. В этом случае сводовую часть выработки разрабатывают сразу на все сечение и устанавливают временную крепь из железобетонных анкеров и набрызгбетона (рис. 5.8, а).

Рис. 5.7. Схемы раскрытия подсводовой части камерных выработок:

а — на полное сечение; б, в иг — с боковыми уступами:

I, II, III — очередность разработки уступов или на расстояние 50— 100 м.

136

После того как сводовая часть сечения будет проведена на всю длину приступают к возведению постоянной крепи свода (рис. 5.8, б). После установки постоянной крепи свода по всей длине камеры приступают кразработке ее ядра с одновременным возведением крепи в стенах камеры (рис. 5.8, в, г, д, е).

Эти работы продолжаются до полной разработки всего ядра и установки постоянной крепи.

При проходке свода выработок в скальных породах с его пролетом более 20 м, а также если вмещающий массив представлен полускальными и трещиноватыми породами, рекомендуется разрабатывать забой последовательно способом бокового уступа.

В таких случаях вначале проходят центральную часть сечения I на всю длину камеры, а затем разрабатывают боковые уступы 2 и 3 (рис. 5.9).

Поскольку в последнее время в практике подземного строительства все чаще используют мобильное дорогостоящее самоходное проходческое оборудование, строители стараются переходить на более совершенную организацию работ. В частности, при проходке подсводовой части камеры ее сечение делят на два или три боковых уступа, и работы ведут сразу во всех уступах, используя один и тот же комплект проходческого оборудования, причем последовательность разработки уступов может быть различной (см. рис. 5.7, б, в и г). При такой организации работ появляется возможность повысить в 1 , 5 - 2 раза коэффициент использования проходческого оборудования (КИЛО) и таким образом снизить себестоимость единицы объема готовой продукции.

Рис. 5.8. Схемы ведения работ при строительстве камерных выработок в скальных породах при раскрытии свода на все сечение:

I, II, III, IV, V, VI — очередность выполнения работ; 1 — железобетонные анкеры; 2 — набрызгбетон возможно в сочетании с металлической сеткой;

3 — постоянная железобетонная крепь свода; 4 — постоянная железобетонная крепь стен камеры.

137

S - Б

Рис. 5.9. Схема проведения свода камеры с опережающей центральной выработкой; размеры приведены в метрах.

В процессе проходки подсводовой части сечения по одной из указанных схем сразу после разработки породы в забое, как правило, с применением буровзрывного способа возводят временную крепь, преимущественно анкерную в сочетании с металлической сеткой (если в этом есть необходимость) и набрызгбетоном. Бетонные работы осуществляют либо после окончания проходки всей подсводовой части камеры, либо с некоторым отставанием от забоя, обычно на 30—50 м, с помощью передвижных металлических опалубок. Причем бетонирование свода практически мало отличается от технологии бетонирования свода транспортного тоннеля.

Параллельно с отработкой подсводовой части камеры или во время бетонирования свода для разработки основного ядра камеры вдоль ее стен для получения гладкого откола бурят вертикальные скважины. После возведения постоянной крепи свода приступают непосредственно к работам по разработке ядра камеры.

Разработку ядра камер, в которых предусматривается проектом возведение постоянной крепи стен, следует вести в направлении сверху вниз уступами, высотой до 10 м в устойчивых скальных породах и уступами высотой до 5 м в скальных породах средней устойчивости.

5.5. Технология проведения камерных выработок в слабоустойчивых скальных и мягких породах

Иногда на практике приходится строить большие камерные выработки в слабых, неустойчивых породах, неспособных воспринимать давление от нагрузок свода камеры. В таких случаях рекомендуется проводить эти выработки способом опорного ядра, который характеризуется сравнительно высокими трудоемкостью и стоимостью работ. Вместе с тем этот способ является наиболее надежным и безопасным для таких условий.

138

Сущность технологии строительства выработок таким способом, как отмечалось ранее, состоит в том, что вначале возводят стены будущей камеры, а затем на них опирают ее свод, после чего приступают к разработке пород, слагающих основное ядро камеры.

Для возведения постоянной крепи стен камеры по ее контуру, начиная от почвы будущей выработки, параллельно продольной оси проводят две боковые штольни на всю длину камеры. Затем в этих штольнях устанавливают опалубку и приступают к бетонированию опорных элементов будущей конструкции стены. После окончания бетонных работ приступают к проведению следующего яруса боковых штолен, которые примыкают своим лотком к своду ранее проведенных штолен. Далее начинают бетонирование элементов конструкции крепи стен камеры. Таким образом, работы продолжают до тех пор, пока стены не будут полностью возведены. После возведения всей конструкции крепи стен приступают к разработке непосредственно подсводовой части камеры и возведению крепи свода.

Разработку подсводовой части камеры ведут смежными выработками, длина которых не превышает обычно 3 - 4 м. После проведения подсводовой части выработки на все сечение останавливают проходку и приступают к установке опалубки и возведению постоянной крепи по всему периметру свода камеры. На рис. 5.10 изображена технологическая схема проведения камерной выработки способом опорного ядра, сооружаемой в породах, которые представлены песчаниками с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова равным 5. Как видно из рисунка, в первую очередь проводили две боковые нижние штольни 1, а затем в них бетонировали стены 2 будущей камеры.

Для безопасного ведения работ по разработке подсводовой части камеры всю площадь забоя разделили на пять полузабоев 3, 4, 5, 6 и 7 и приступили к их разработке, причем длина заходки каждого из забоев была равна длине заходки соседнего с ним забоя и не превышала 4 м. На отдельных участках с устойчивыми породами длину заходки увеличивали до 7—8 м. После разработки всех смежных забоев устанавливали общую опалубку и приступали к укладке бетона 8. После того как бетон набирал необходимую прочность, проходку возобновляли и цикл повторяли. После окончания работ, связанных с бетонированием свода по всей длине камеры, приступали к разработке ее центрального ядра 9. Схема разработки основного массива породы в ядре камеры при этом способе принципиальных отличий от уже известного способа опертого свода не имела. В последнюю очередь был разработан и забетонирован лоток камеры 10. Средняя скорость проведения камеры составила около 8 м/мес.

Способом опорного ядра в последнее время все чаще строят односводчатые станции метрополитена полуциркульного очертания в слабых неустойчивых породах. На рис. 5.11 показана принципиальная схема последовательности раскрытия поперечного сечения станции и возведения основной конструкции крепи способом опорного ядра. В этом случае работы выполняют в следующей последовательности: вначале проводят боковые тоннели 1, затем с помощью передвижной металлической опалубки возводят в них опоры 2 для опирания свода камеры, далее проводят калоттную прорезь 3 и собирают крепь свода 4, после чего разрабатывают ядро 5, потом приступают к разработке породы в обратном своде 6 и одновременно собирают крепь 7.

139

Рис. 5.10 Схема раскрытия сечения камеры и последовательность возведения постоянной крепи при проходке способом опорного ядра; размеры приведены в метрах.

Рис. 5.11. Схема раскрытия поперечного сечения станции метрополитена и возведения ее постоянной крепи

Проходку опорных тоннелей осуществляют либо щитовым способом (в слабых неустойчивых породах), либо комбайновым (в полускальных породах). Опыт строительства станций метрополитена в Санкт-Петербурге показал, что проведение опорных тоннелей щитами целесообразно, когда длина станционного тоннеля составляет не менее 250 м. В тех случаях, когда опорные тоннели по своей форме и размерам площади поперечного сечения не совпадают с перегонными, а также когда вмещающие породы позволяют допускать некоторую поверхность обнажения выработки, рекомендуется использовать механизированный способ разработки породы комбайнами типа 4ПП-2 или ГПКС с избирательным рабочим органом. Эти

140