книги / Технология строительства подземных сооружений. Строительство горизонтальных и наклонных выработок

На рис. 4.6 показана схема разработки ядра камеры в креп­ ких породах. После разработки подсводовой части (II и III) осуществляется последовательная отработка ядра уступами высотой до 12 м. Для вывозки породы по подходному тоннелю

(I) производится его углубление с уклоном 10%. Нижний ус­ туп (VI) разрабатывается в 2 этапа. Вначале в пределах каме­ ры устраивается съезд с уклоном порядка 10% (VI3) шириной примерно 10 м, а затем производится разработка уступа. В по­ следнюю очередь разрабатывается порода под съездом (VI6), которая вывозится через нижние подходные тоннели (на схеме показаны пунктиром). Крепление стен анкерами производится одновременно с разработкой каждого уступа. Постоянную крепь стен возводят с отставанием от забоя в пределах 50—100 м.

На рис. 4.7 показана. последовательность разработки подзем­ ного машинного зала гидроэлектростанции, построенной в 1979—1980 гг. по проекту Гидропроекта и Гидроспецпроекта.

Машинный зал опускается ниже отметки 9,3 м еще на 16 м в виде отдельных колодцев под отсасывающие трубы турбин. Разработка этих колодцев специфична и выполняется методами,

Рис. 4.7. Последовательность разработки подземного машинного зала:

отличными от разработки камерных выработок. Механизация подземных работ представлена буровыми установками СБУ-2к, буровыми станками БМК-4, экскаваторами с объемом ковша I и 2,5 м3, погрузочными машинами ПНБ-Зк, автосамосвалами МАЗ-503, бульдозерами, спецгидроподъемниками МШТС-2тп.

В коротких камерах (длиной 20—30 м) и при наличии го­ ризонтального подхода перпендикулярно к оси камеры разра­ ботку ядра ведут следующим образом. Подходную выработку проходят поперек камеры до противоположной стороны стены, затем по оси камеры проходят восстающую выработку от под­ ходной к ранее разработанной подсводовой части камеры. Д а­ лее обрушают участок породы в пределах камеры между поч­ вой подсводовой части и кровлей подходной, т. е. восстающую выработку превращают в так называемую отрезную щель. За­ тем на образовавшееся после вывозки породы компенсационное пространство осуществляют поэтапную разработку уступа в обе стороны камеры. Экскаватор (или погрузочная машина) нахо­ дится в подходной выработке и осуществляет уборку породы.

При наличии шахтных подходов нецелесообразно и сложно устраивать высокие ярусы при разработке ядра. В этих случаях высота уступов ограничивается 5 м. Вместо подходных вырабо­ ток к каждому слою можно использовать породоспускные вер­

магазинирование породы и организованный постепенный выпуск ее в вагоны, передвигающиеся по нижнему горизонту к стволам

идалее на поверхность.

Вотдельных редких случаях блоки вокруг вертикальных выработок, соединяющих между собой различные горизонты, разрабатывают не послойно, а путем постепенного расширения выработок в виде ступенчатых воронок, располагаются друг от друга на расстоянии 15—20 м. Высота блоков между горизон­ тами составляет 10—15 м.

Весьма редкие случаи устройства лишь вертикальных шахт­ ных подходов при строительстве крупных подземных сооруже­ ний объясняются, как это отмечалось выше, резким повышением сложности и трудоемкости разработки этих сооружений при отсутствии горизонтальных подходных тоннелей.

Г л а в а 10

РАЗРАБОТКА СЕЧЕНИЯ КАМЕР В ПОРОДАХ СРЕДНЕЙ КРЕПОСТИ И МЯГКИХ

10.1.СПОСОБ ОПЕРТОГО СВОДА

Всоответствии со СНиП Ш-45—76 (п. 2.100) и с учетом СНиП Ш-44—.76 (п. 4.9) проведение подсводовой части камер­

ных выработок в слабоустойчивых скальных породах (коэффи­

как правило, способом опертого свода. Этот способ применяют

.при разработке камер, располагаемых к грунтах типа сланцев, алевролитов, твердых глин; способных воспринять давление от пят свода, обделки с учетом всех нагрузок, действующих на свод.

В большинстве случаев способом опертого свода верхнюю лодсводовую часть камер разрабатывают в породах с коэффи­ циентом крепости / = З-т-6 или в более крепких (/=4-7-8), но сильнотрещиноватых породах.

Работы ведут буровзрывным методом с подработкой отдель­ ных участков отбойными молотками. В отдельных случаях для разработки породы взамен буровзрывного метода оказывается целесообразным применять проходческие комбайны избиратель­ ного действия со стреловидным рабочим органом (типа ПК-9р# 4ПП-2, 4ПП-5 и др.).

Принцип проходки подсводовой части камеры, способом опертого свода иллюстрируется схемами на рис. 4.8. На рис. 4.8, а в первую очередь разрабатывается самая верхняя часть подсводового пространства (1 и 2) и закрепляется анкер­ ной или арочной крепью — в более слабых породах. Затем под этой частью сечения отрабатываётся уступ 3. Боковые породные участки 4 после отработки уступа разрабатываются короткими находками (3—6 м) одновременно с обеих сторон последова­ тельно по длине камеры. При разработке боковых частей 4 арочная крепь подкрепляется стойками и наращивается в обе стороны свода до его пят. Затем на разработанных участках •осуществляется возведение железобетонного свода 5. Как пра­ вило, разработка очередного бокового участка 4 начинается

.лишь после окончания бетонирования свода на пройденном предыдущем участке и выстойки бетона до достижения им 60%-ной проектной прочности (2—3 суток).

Несколько иная последовательность разработки подсводо- '.вой части камеры показана на рис. 4.8,6. Вначале проходят две «боковые пятовые штольни Î , затем верхнюю штольню 2, После этого разрабатывают породу между штольнями 3. Как и на

Рис. 4.8. Схемы разработки подсводовой части камер способом опертого* свода (цифрами показана последовательность разработки; размеры приве­ дены в метрах)

схеме (рис. 4.8, а) разработку породы ведут заходками 3—6 м по длине камеры последовательно или через 2—3 участка и бе­ тонируют свод 4. Только после приобретения бетоном 60% -ной прочности приступают к разработке следующей заходки. Уступ 5, на который опирают кружала свода, разрабатывают после достижения бетоном проектной прочности для обделки, вос­ принимающей полную расчетную нагрузку, и 75%-ной проект­

По мере разработки подсводовой части породу сбрасывают в породоспуски на нижние горизонты (на рис. 4.8 породоспуски показаны по оси камеры пунктиром) или вывозят по подход­ ным выработкам на поверхность. При этом верхнюю штольню*

'{2 на рис, 4.8,6) соединяют с нижними боковыми штольнями пзоронками для спуска породы.

Поскольку по схеме на рис, 4.8,6 открывается большой про-

.лет камеры, эту последовательность разработки 'применяют для относительно устойчивых пород по сравнению с породами, в ко­

рис. 4.8, а и 4.8,6. На схеме, приведенной на рис. 4.8, в (аксоно­

подсводовой части камеры и возведения железобетонного свода :по всей длине камеры приступают к разработке основного по­ родного массива (ядра). В соответствии со СНиП Ш-45—76 (п. 2.100) и с учетом СНиП Ш-44—77 (пп. 4.12—4.13) разра­ ботку ядра камеры в слабоустойчивых скальных грунтах реко­ мендуется осуществлять сверху вниз уступами высотой до 3 м. ’При этом разработку уступов также ведут по способу опертого свода, т. е. она должна производиться с оставлением берм (цели­ ков породы) вдоль стен для опирания на них вышележащих уча­ стков свода или стен. Ширина берм устанавливается проектом :в зависимости от давления на грунт под пятами свода. Разра­ ботку берм и бетонирование стен в пределах каждого уступа производят в шахматном порядке или одновременно с обеих •сторон .камеры, при этом вертикальные рабочие швы колец сво­ да и участков стен не должны совпадать. В процессе разработ­ ки берм производят крепление стен камеры.

В сильнотрещиноватых породах вначале проводят участки траншей вдоль стен (с выдачей породы вниз на откаточные горизонты по породоспускам) на высоту разрабатываемого уступа. В пройденных участках бетонируют стены, а затем уже •осуществляется разработка слой породы на высоту забетониро­ ванной стены (3 м).

Схемы разработки камеры (подсводовой части и основного массива) способом опертого свода показаны на рис. 4.9. Харак­

разрабатывали среднюю часть (a), a затем в два уступа — боко­ вые целики (6, в, а, д или с каждой стороны б и в, а затем

и д).

Стены крепят по мере отработки каждого бокового уступа. Аналогично разрабатывали ядро и по схеме на рис. 4.9,6, здесь

Рис. 4.9. Схемы разработки камерных выработок по способу опертого свода (цифрами показана последовательность разработки)

высота каждого слоя менялась и доходила до 7 м. На рис. 4.9, а вначале постепенно отрабатывали среднюю часть ядра на высо­ ту 10 м, а затем разрабатывали боковые целики у стен высотой по 3 м.

Таким образом, постепенная разработка подсводовой части камеры, возведение свода отдельными секциями, разработка ядра камеры невысокими уступами с оставлением боковых берм для опирания вышерасположенных участков свода и стен и по­ следующая разработка этих берм в шахматном порядке харак­ теризуют собой в целом разработку камеры способом опертого свода.

Камеры, располагаемые в слабоустойчивых водоносных грунтах, сооружают способом опертого свода по так называе­

камеры. При этом нижнюю и верхнюю штольни через каждые 16—20 м соединяют между собой вертикальными или наклон­ ными породоспусками, по которым вода отводится на нижний откаточный горизонт камеры. Разработку камер ведут по вы­ шеприведенным схемам (рис. 4.8—4.9). Наличие двух штолен на верхнем и нижнем горизонтах существенно облегчает усло­ вия производства подземных работ.

В вынужденных случаях камеры приходится располагать

вслабых грунтах: глинах, суглинках, супесях, лёссовых, песча­ ных, крупнообломочных, моренных и др., не способных воспри­ нимать давление от свода обделки. В таких чрезвычайных ус­ ловиях строительство камер ведут трудоемким способом опор­ ного ядра. Принципиальная схема такого способа заключается:

втом, что в первую очередь возводят стены обделки, затем на эти стены опирается ее свод, а в последнюю очередь под защи­ той возведенных железобетонных или бетонных стен и свода разрабатывается ядро камеры.

Всоответствии со СНиП Ш-44—77 (пп. 4.16—4.18) боковые штольни для возведения стен следует разрабатывать на всю длину камеры. Проведение очередного верхнего яруса боковых штолен допускается только после окончания бетонирования ни­ жележащей стены и достижения бетоном 25%-ной проектной

обычно не превышает 4 м, причем раскрытие подсводовой части должно осуществляться с интервалами по длине камеры *в 2—3* кольца. Для облегчения транспортирования, водоотлива в от­ дельных случаях предварительно проводят по оси камеры ниж­ нюю штольню.

Проведение крупных подземных выработок по способу опор­ ного ядра в сложных инженерно-геологических условиях явля­ ется весьма трудоемким, однако оно наиболее надежно по срав^ нению со всеми другими способами. При способе опорного яд­ ра обеспечивается непрерывность бетонирования крепи в на­ правлении снизу вверх и достигается минимальная осадка кру­ жал, опирающихся на центральное ядро.

Ограничение по инженерно-геологическим условиям слабы­ ми породами для применения способа опорного ядра не являет­ ся очевидным для камер пролетом более 20 м. Для таких выра­ боток, расположенных в сравнительно устойчивых породах сред­ ней крепости, способ опорного ядра оказывается конкурентоспо­ собным по сравнению с другими способами не только по обес­ печению устойчивости камеры в процессе ее строительства, но* и по технико-экономическим показателям. Это вызвано тем, что способ опорного ядра, обеспечивая безопасность подземных ра­ бот в сложных условиях, позволяет осуществлять разработку ядра — основного массива породы в камере — с помощью высо­ копроизводительных средств механизации буровзрывных и по­ грузочно-транспортных работ.

Определенной модификацией способа опорного ядра может служить интересное решение, предложенное в Швеции примени-

тельно к созданию сверхкрупных подземных сооружений в коеп- «их скальных породах. Камере, имеющей высоту 65 м и более и ширину более 50 м, придают эллиптическое очертание для повышения ее устойчивости. По всему периметру камеры до начала ее разработки проходят выработки небольшой площади, б которых устраивают мощные предварительно напряженные крепи — ребра жесткости и прианкеровуют их к скале. Расстоя­ ние между этими выработками по длине камеры определяют расчетом в зависимости от размеров камеры и свойств скалы. После того как по всей длине камеры железобетонные ребракрепи будут возведены и замкнуты, приступают к разработке основного породного ядра камеры. Таким образом, разработка ядра осуществляется под защитой возведенной по всему пери­ метру крепи. Решение это несомненно прогрессивное, однако

впрактике строительства применения еще не нашло.

10.3.СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО ЗАБОЯ

Вслабоустойчивых породах, в которых, как было показано выше, камеры рекомендуется проводить способом опертого сво­ да (а именно и способом опорного ядра), не исключена возмож­ ность применения также способа ступенчатого забоя. При этом способе плоскость забоя раскрывается сравнительно небольши­ ми участками, разработка которых по ступенькам растягивает­ ся в длину камеры на 1,5—2 ее пролета. Таким образом, рабо­ ты ведут по всему забою камеры, но одновременно на различ­ ных горизонтах с перебрасыванием породы вниз с одной ступе­ ни на другую.

Принципиальная схема разработки выработок ступенчатым

забоем показана на рис. 4.10. При разработке забоя руковод­ ствуются стремлением раскрывать небольшие участки и сразу же осуществлять их крепление анкерами и набрызгбетоном по сетке. В свободной части камеры наряду с этими крепями уста­ навливают податливую арочную крепь из спецпрофиля. На­ брызгбетоном также крепят забой.

Разработку породы ведут обычно комбайном со стреловид­ ным рабочим органом избирательного действия (на отдельных участках возможно применение буровзрывных работ), перегруз­ ка породы с горизонта на горизонт (от ступени к ступени) осу­ ществляется бульдозерами или ковшовыми погрузчиками на гусеничном или пневмоходу. Бурение под анкеры производят буровыми установками. Нанесение набрызгбетона выполняют

с которых одновременно осуществляют крепление разных уча­ стков выработки. Породу, собранную со всего сечения на ниж­ нем горизонте, экскаватором или мощным ковшовым погрузчи-

Рис. 4.10. Схемы разработки выработок ступенчатым забоем:

высокопроизводительное оборудование (объем ковша экскавато­ ра или погрузчика — 2—3 м3, грузоподъемность автосамосва­ лов— 20—30 м).

Почву выработки по условиям статической работы конструк­ ции выполняют в большинстве случаев в виде обратного свода, который бетонируют, осуществляя тем самым замыкание крепи по контуру выработки. После этого производят бетонирование свода и стен камеры. Возведение этой постоянной монолитной, бетонной крепи приурочивают к такому времени, когда основ­ ные деформации набрызгбетонного покрытия уже имели место. В этом случае на постоянную монолитную бетонную крепь пе­ редаются сравнительно небольшие нагрузки. Обычно во времени разрыв между окончанием бетонирования почвы (обратного свода) выработки и началом работы по возведению в своде и стенах монолитной бетонной крепи составляет от одного до ше­ сти месяцев.

Способ ступенчатого забоя нашел сравнительно широкое распространение в отдельных странах (Австрия, ФРГ и др.). Первые публикации о нем появились примерно 20 лет назад, за прошедшие годы с использованием этого способа был построен ряд крупных выработок в слабых известняках, песчаниках, раз­ личных сланцах, мергелях, а также в нарушенных изверженных

Î5*

породах с глинистыми прослоями. Преимуществом способа яв­ ляется максимальное использование несущих свойств породно-

.го массива путем вовлечения его в работу с помощью комбини­ рованной облегченной крепи. Это позволяет существенно сни­ зить материалоемкость постоянной крепи (обделки) камерной выработки по сравнению с применяемой при способах опертого свода или опорного ядра в тех же породах.

Способ ступенчатого забоя при строительстве подземных со­ оружений применим в специфических горно-геологических усло­ виях (глины, песчаные и глинистые сланцы, пластичные мерге­ ли, аргиллиты и другие подобные связные грунты), породы

.должны обладать свойствами затухающей ползучести, не допус­ кать возможность появления явно выраженных односторонних

.нагрузок, способных вызвать излом тонкого набрызгбетонного покрытия и нарушения работы податливой арочной крепи, об­ водненность пород должна быть ограничена.

Способ можно применять лишь в тех подземных сооруже­ ниях, в которых деформация контура (даже значительных раз­ меров) не может повлиять на условия эксплуатации. Следует иметь в виду, что при больших перемещениях крепи расширяет­ ся область неупругих деформаций породного массива, порода в этой области разрушается и возрастают нагрузки на крепь. Способ требует тщательных и весьма длительных наблюдений

меров. Ввиду чрезвычайного разнообразия всех этих факторов и их сочетаний нецелесообразно заранее разрабатывать кон­ кретные рекомендации на все случаи крепления крупных ка­ мерных выработок. Обычно такие рекомендации, имеющие кон­ кретный характер, вырабатываются при проектировании на ос­ новании специальных расчетов и исследований на моделях (преимущественно из эквивалентных материалов). Весьма эф­ фективными для этих целей являются широко практикуемые расчеты методом конечных элементов. Такие расчеты позволяют