книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

ют протаскиванием через замки отрезка шпунтин длиной 1,5— 2 м. Затем забивают маячные сваи и приступают к погруже­ нию шпунтин. При этом сборка и погружение шпунтин на проектную глубину осуществляют двумя способами: 1) соби­ рают полностью шпунтовое ограждение, шпунтины забивают поочередно на небольшую глубину, примерно на 1 м первона­ чально в одном направлении, а затем в обратном; 2) последо­ вательно собирают шпунтовое ограждение., в результате забив­ ки каждой шпунтины сразу на полную проектную глубину.

При первом способе в замках шпунтин возникают большие напряжения, из-за большого трения шпунтины сильно, дефор­ мируются, иногда происходит разрыв замков.

Погружение шпунтин вторым способом происходит значи­ тельно легче. Однако забивка .одиночных шпунтин нередко приводит к отклонению их от заданного направления и не да­ ет возможности замкнуть контур ограждения одним и тем же типом шпунта.

Первый способ применяют в основном в шахтном строи­ тельстве, где имеют место повышенные требования к герме­ тичности и вертикальности шпунтового ограждения; второй —

вгидротехническом и промышленном строительстве. Внезапное уменьшение глубины погружения скорее всего

является результатом того, что шпунтина натолкнулась на ка­ кой-либо предмет, чаще всего камень. В этом случае начинает­ ся забивка следующей шпунтины на полную глубину. Как пра­ вило, после этого удается несильными частыми ударами рас­ колоть камень или несколько отжать его в сторону и забить предыдущий элемент на необходимую глубину. Этимспособом в большинстве случаев удается избежать скручивания забивае­ мой шпунтины.

В последние годы в практике подземного строительства все

Угловые шпунтины погружают в грунт первыми, после этого погружают смежные с ними шпунтины.

При выполнении работ в несвязных грунтах более целесо­ образно применение копров с быстродействующими молотами (например, вибрационными) Частые удары способствуют раз­ рыхлению несвязного грунта, уменьшают силы трения между отдельными его зернами и материалом шпунтин и тем самым снижают силы сопротивления грунта забивке. При этом не следует допускать перерывов в забивке, так как в это время происходит стабилизация положения частиц грунта и при по­ следующем возобновлении работ возникает дополнительное сопротивление опусканию шпунтины.

В случае связных грунтов более эффективно применение тихоходных механизмов, так как в этом случае опусканию шпунтин противодействуют силы сцепления грунта, которые при применении, например, вибрационных механизмов, не мо­ гут быть преодолены. При замедлении опускания шпунтин сле­ дует прервать процесс забивки на некоторое время. Обычно после этого наступает период более интенсивного опускания.

При применении вибрационного способа погружение шпун­ тин в грунт осуществляют в том случае, когда вызываемые виб­ рацией силы преодолевают силы сцепления частиц грунта меж­ ду собой и опускаемой шпунтиной, для чего создаваемые ам­ плитуды колебаний должны быть больше определенной вели­ чины. При этом скорость опускания забиваемой шпунтины за­ висит от совокупности всех действующих на нее сил. Возникаю­ щее сопротивление может оказаться столь большим, что опус­ кание забиваемой шпунтины прекратится. В этих случаях це­ лесообразно применение различных способов, облегчающих дальнейший процесс.забивки шпунтин в грунт. К ним относят­ ся подмыв грунта; предварительное бурение грунта; бурение, сопровождаемое промывкой скважин; предварительное взры­ вание породы и применение различных тиксотропных жидкос­ тей, способствующих снижению сил трения.

Погружение шпунтин с помощью вибропогружателей в не­ связные водоносные пески или в суглинки до глубины 8 м про­ изводят, как правило, без применения гидроподмыва. При по­ гружении шпунтин на большую глубину и в различные грун­ ты с наличием сухих песков и вязких глин следует применять гидроподмыв. Применение подмыва не допускается ;при погру­ жении шпунтин вблизи фундаментов эксплуатируемых зданий, подземных сооружений и коммуникаций.

Подмыв грунта при применении шпунтин типа ШП, ШК, ШД, «Ларсен» осуществляют с помощью металлических тру­ бок диаметром 25—37 мм, приваренных вдоль шпунтин с внеш­ ней или внутренней сторон, или же путем подачи воды цо зам­ ковым трубам при применении шпунтин типа ШПД ri ШДК. Воду для подмыва подают насосами ЗИФ-200/40 с давлением до 0,6 МПа при глубине погружения шпунтин до 10 м и с дав­ лением до 2 МПа при глубине погружения до 15 м.

Скорость погружения шпунтин в замкнутом контуре с глу­ биной погружения резко понижается. Средние скорости погру­ жения шпунтин с помощью вибропогружателей в зависимости от глубины могут быть приняты следующие.

При незамкнутом контуре шпунтового ограждения скорость погружения шпуитин при вибропогружеиии колеблется в сле­ дующих пределах.

грунт, залегающий под водоносными пластами. При несоблю­ дении этого условия возможны прорывы водоносных пород изпод основания шпунтового ограждения. Грунт в пределах шпун­

строительстве тоннелей, насосных станций, станций метропо­ литенов и т. п.), или грейферами в бадьи (при возведении устьев стволов, камер небольшой площади поперечного сече­ ния) .

Выемку грунта в огражденной зоне осуществляют для удоб­

«окон» и уточнения рельефа водоупора. По мере выемки грун­ та из котлована (траншеи) шпунтовое ограждение раскрепля­ ют одним или двумя рядами расстрелов®зависимости от глу­ бины выработки и интенсивности бокового давления грунта.

Для котлованов глубиной до 10 м при благоприятных условиях может быть поставлен один ряд расстрелов. При глубине котлована 4—5 м возможно применение шпунтового ограждения консольного типа.

В котлованах с глубиной более 10 м ставят два ряда рас­ стрелов. При этом нижний ряд съемных расстрелов устанав­ ливают на высоте не менее 30 см от лотковой части выработ­ ки, чтобы обеспечить возможность возведения постоянной кре­ пи; с этой же целью верхний ряд расстрелов устанавливают на высоте 50 см от верха перекрытия.

В случае разработки котлованов значительных размеров при возведении в них подземных вестибюлей или перегонных

этом зазор между стенками сооружения и шпунтовым ограж­ дением засыпают песком слоем толщиной 30—50 см с увлаж­ нением и трамбованием.

В случае, когда шпунтовое ограждение не является частью возводимого подземного объекта, после окончания его строи­ тельства приступают к извлечению шпунтин для повторного их использования.

Усилие для извлечения шпунтин

Ри=PjaМ1»

где Fui — площадь шпунтины, находящейся в грунте, м2; р,— сила трения между поверхностью шпунта и грунтом (табл. 1.1), кН/м-2.

После засыпки котлована (траншеи) приступают к извле­ чению металлических шпунтин, применяя один из способов:

приложения к шпунтине статического усилия, создаваемого копровой установкой, домкратами или какими-либо другими

механизмов достаточной грузоподъемности. Использовать для указанных работ краны по правилам техники безопасности за­ прещается, так как в момент срыва с места шпунтин часто происходили опрокидывания кранов или. поломка их стрел и обрывы тросов. Работа же с домкратами связана с устройст­ вом сложных приспособлений, требующих непроизводительных затрат средств и времени.

Наиболее целесообразными и экономичными способами из­

ционный и виброударный. При этом производительность ма­ шин по извлечению шпунтин длиной до 15 м в среднем состав­

Сначала проводят поочередный срыв и подъем каждой шпунтины на высоту 1,5—2,0 м с использованием шпунтовыдергивагеля и статического усилия копровой установки с усилием 200—250 кН до обнаружения возможности свободного извлече­ ния шпунтины одним статическим усилием лебедки крана с полиспастом. Динамометр монтируют на «мертвом» конце подъ­ емного каната у задней стенки копровой установки на уровне

снимают с копровой установки. Дальнейшее извлечение шпун­ тин, поднятых на высоту 1,5—2,0 м, до высоты 9 м, производят

спомощью подъемной лебедки экскаватора.

1.2.СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ ОПУСКНЫМ СПОСОБОМ

1.2.1.Сущность способа и условия его применения

Строительство подземных сооружений опускным способом заключается в следующем. На площадке, подготовленной к строительству, первоначально возводят стены будущего под­

строительной техники разрабатывают грунт и выдают его на поверхность за пределы' крепи. По мере выемки грунта опуск­

выработки продолжают обычным способом с возведением вре­

Рис. 1.5. Последовательность строительства подземного соору­

жения опускным способом

8 г

177*7 .j 77, 7Л

LL

Площадь поперечного сечения опускных сооружений мо­ жет изменяться от 50 до 2000 м2, а глубина погружения в от­ дельных случаях может достигать 130 м.

Такой способ в технической литературе часто называют: способ опускного колодца, опускная крепь или же погружная крепь в зависимости от назначения возводимого сооружения.

По назначению опускные сооружения могут быть разделе­ ны на два типа: опускные колодцы для устройства фундамен­ тов ответственных зданий и сооружений и опускные подземные сооружения для размещения в них технологического оборудо­ вания и служебных помещений (водозаборные и канализацион­ ные насосные станции; камеры дробления горно-обогатитель­ ных, металлургических и калийных комбинатов; скиповые ямы доменных печей; склады и хранилища различного назначения и другие подземные объекты).

Промежуточное положение, приближающееся к первому ти­ пу, занимают опускные крепи для строительства вертикальных стволов шахт.

По форме в плане опускные сооружения могут быть круг­ лые, прямоугольные, Овальные или эллиптические в зависимо-, сти от типа и назначения подземного сооружения. Опускные колодцы, как правило, имеют круглую форму, так как в этом случае они являются более экономичными по расходу материа­ лов, более устойчивыми к внешнему воздействию, обеспечива­ ют меньшее сопротивление трения по боковой поверхности о грунт, а также упрощают разработку грунта внутри крепи. Размеры опускных колодцев обычно небольшие — до 4 м в диа­ метре. Глубина погружения достигает 130 м и зависит от усло­ вий залегания скальных пород, на которые опирают фундамент сооружений.

Опускные подземные сооружения по форме выполняют круглыми или прямоугольными больших размеров до 60 м в диаметре и до 250X50 м в плане. Однако глубина погружения подземных сооружений не превышает 60 м.

Строительство подземных сооружений приходится выпол­ нять в сложных гидрогеологических условиях: слабых, рыхлых

грунтах, нередко водонасыщенных, вблизи действующих зданий и сооружений. При больших притоках воды и наличии напор­ ных вод, особенно вблизи действующих зданий и сооружений, применение опускного способа строительства нецелесообразно. Большие трудности возникают при строительстве подземных сооружений опускным способом в слоистых перемежающихся породах различной прочности и залегающих наклонно, а так­ же при наличии в рыхлых породах крупных твердых включе­ ний типа валунов. В ряде случаев при больших размерах в поперечном сечении' опускные крепи применяют при строитель­ стве подземных сооружений в породах средней крепости.

По мере погружения на стенках опускного сооружения рез­ ко возрастают силы бокового трения грунта.

Для резкого снижения бокового трения, препятствующего опусканию сооружения, применяют так называемую тиксотроп­ ную рубашку.

Сущность способа опускания в тиксотропной рубашке (рис. 1.6), заключается в применении тиксотропного глинистого рас­ твора, которым .заполняют полость между наружной поверх­ ностью сооружения и грунтом, что значительно снижает боко­ вое трение, обеспечивает устойчивость грунтовых стен. По­ лость шириной 10—15 см создается благодаря выступу на ножевой части опускного сооружения. Для удержания глинис­ того раствора на поверхности по периметру опускного соору­ жения устраивают металлическое или железобетонное коль­ цо — форшахту. Пространство между наружной поверхностью стены и грунтом по мере опускания сооружения заполняют тик­ сотропной суспензией.

Способ подачи тиксотропной суспензии в полость тиксо­ тропной рубашки зависит от размеров сооружения, глубины его погружения и вида грунтов. Если сооружение имеет срав­ нительно небольшие размеры поперечного сечения и погружа­ ется неглубоко через толщу связных грунтов, то глинистый рас­ твор подают через форшахту (рис. 1.7, а).

При опускании крупных сооружений через несвязные грун­ ты глинистый раствор нагнетают в нижнюю часть рубашки над уступом ножевой части. Для этого с наружной или внутренней стороны оболочки вдоль »стен монтируют стальные трубы диа­ метром 40—50 мм, располагая их через 3—5 м по периметру оболочки. При расположении труб с внутренней стороны в мес­ тах нагнетания раствора устраивают отводы (рис. 1.7,6). Ниж­ нюю часть каждой трубы делают перфорированной на длине 0,6— 1 м. Отверстия диаметром 10— 15 мм располагают через 5—7 см в шахматном порядке только со стороны трубы, обра­ щенной в сторону рубашки, чтобы частицы грунта не засоряли инъекторы.

Поскольку глинистый раствор в полости тиксотропной ру-

Рис. 1.6. Схема устройства тиксотропной рубашки:

Рис. 1.7. Схема устройства тиксотропной рубашки при погружении опуск­ ного сооружения с размещением инъекционных труб снаружи и внутри оболочки:

башки находится под давлением, при погружении сооружения необходимо принимать меры по недопущению попадания рас­ твора под его ножевую часть. Для изоляции нижней части со­ оружения на уступе ножевой части выполняют специальный замок, препятствующий прорыву раствора внутрь сооружения. Замок выполняют из вязкого материала — глинистой пасты, пакли, пропитанной глинистым раствором, мятой глины с со­ ломенной или камышовой резкой. Иногда замок выполняют из прорезиненной ленты.

В качестве тиксотропной рубашки используют глинистый раствор со свойствами, обеспечивающими устойчивость верти­ кальной грунтовой стены. Плотность глинистого раствора под­ бирается с таким расчетом, чтобы гидростатическое давление

раствора на каждой рассматриваемой глубине было больше бо­ кового давления грунта и грунтовых вод. Плотность глинистого раствора изменяется от 1,05 до 1,2 г/см3. Наличие тиксотропной рубашки практически снимает трение боковой поверхности со­ оружения о грунт, что позволяет значительно снизить массу опускного сооружения, увеличить глубину погружения.

Использование тиксотропной рубашки гарантирует надеж­ ность, способствует повышению безопасности работ и сокраще­ нию сроков строительства. Способ опускания подземных соору­ жений в тиксотропной рубашке может применяться практиче­ ски в любых несвязных грунтах или отсутствии в них крупных пустот или карстов, куда может уходить глинистый раствор.

1.2.2. Конструктивные элементы опускных сооружений

Основными конструктивными элементами опускных соору­ жений являются (рис. 1.8): ножевая часть — режущий башмак, ограждающая крепь — оболочка и при необходимости днище, которое возводят по окончании погружения оболочки на проект­ ную глубину.

Ножевая часть воспринимает и распределяет нагрузки от оболочки сооружения и тиксотропного раствора и способствует опусканию всего сооружения по мере разработки и выемки грунта.

Конструкция ножевой части в значительной степени зави­ сит от материала оболочки сооружения.

При применении оболочки опускного сооружения, выпол­ ненной из металлических тюбингов, конструкцию ножевой ча­ сти выполняют также из металла (рис. 1.9).

При выполнении оболочки опускного сооружения из моно­ литного или сборного железобетона возможные конструкции ножевой части показаны на рис. 1.10.

Угол наклона а скошенной части назначают исходя из ха­ рактеристик прорезаемых пород грунта и выбранного способа производства работ. При погружении опускных сооружений в

оружения в грунт, то применяют многогранную форму ножевой части. Ширина банкетки составляет обычно 15—45 см в зави­ симости от характеристики грунта и размеров сооружения.

тикальными каркасами, на которые по наружной и внутренней поверхностям навешивают кольцевые сетки с последующей укладкой бетона.

Сборные опускные крепи в большинстве случаев выполняют

превышает 30—80 см и зависит от глубины погружения соору­ жения и геологических условий.

Железобетонные панели армируют по расчету. У большин­ ства опускных сооружений нож совмещается с панелью колод­ ца или с нижней панелью при двухъярусных стенах сооруже­ ния.

Вертикальные стыки между панелями армируют и омоноличивают бетоном той же марки, что и бетон панелей. Соединяют