Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть I. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ШАХТНОГО И ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

 

 

Горизонтальные выработки в большинстве случаев являются основными частями подземного сооружения.

Исходными данными для проектирования проведения тоннеля, штольни или камеры являются: длина выработки, форма и размеры поперечного сечения в свету и проходке; ситуационный план расположения выработки в комплексе подземного сооружения; геологические, гидрогеологические и физико-механические данные о пересекаемых породах; заданная или нормативная продолжительность строительства выработки.

Длина тоннелей изменяется от нескольких сотен и даже десятков метров (транспортные тоннели) до нескольких десятков километров. Длина подходных штолен не превышает 100 м. Подземные камеры имеют длину, достигающую нескольких сотен метров. Размеры камер по ширине и высоте достигают нескольких десятков метров.

Для проведения тоннелей в зависимости от размеров и формы поперечного сечения, а также инженерно-геологических условий могут быть приняты способы: сплошного забоя, уступный и щитовой.

Выбор способов опертого свода, опорного ядра и раскрытия на полный профиль по частям допустим при строительстве коротких выработок (длиной до 300 м) или ограниченных участков подземного сооружения. Выбор способа проведения выработки и средств механизации следует осуществлять методом технико-экономического сравнения вариантов.

При проектировании проведения выработок протяженностью более 300 м, а также при невозможности бурения по трассе подземного сооружения разведочных скважин следует предусматривать (в соответствии со схемой IV на  3.6) проведение опережающей штольни в пределах поперечного сечения выработки на всю ее длину.

Способ сплошного забоя следует принимать для проведения выработок высотой до Юме монолитной обделкой в скальных породах с коэффициентом крепости / по шкале проф. М.М. Протодьяконова не менее 4. Применение временной крепи выработки при проведении в скальных монолитных (невыветрелых) породах с коэффициентом крепости/> 12 не предусмотрено, а при проведении в скальных трещиноватых (выветрелых) породах — обязательно.

Уступный способ следует принимать для проведения выработок высотой более 10 м в скальных породах с коэффициентом крепости не менее 4 и выработок высотой менее 10 м в скальных породах с коэффициентом крепости / = 2 -т- 4. Для тоннелей следует предусматривать преимущественно вариант проведения с нижним уступом.

Проведение верхней части сечения тоннеля при уступном способе осуществляют сплошным забоем. Высоту верхнего уступа принимают равной 3-4 м из условия размещения на нем проходческого оборудования и возведения свода при минимально допустимой высоте.

 

 

Щитовой способ следует принимать в проектах на проведение выработок в неустойчивых нескальных породах, а также в скальных выветрелых породах с/< 4 при различных проявлениях горного давления. Особенно широко щитовой способ проектируют при проведении тоннелей метрополитена и городских коллекторов в сочетании со сборной или монолитно-прессованной бетонной обделкой.

Проведение тоннелей метрополитенов необходимо предусматривать преимущественно механизированными щитами непрерывным забоем на протяжении не менее длины участка между станциями. Применение обычных щитов допустимо в случаях проведения выработок в неустойчивых породах, требующих крепления кровли и забоя. При проектировании проведения тоннелей мелкого заложения в необводненныхили осушенных песчаных породах следует применять щит с рассекающими площадками, исключающими временную крепь в забое.

Проведение станционных тоннелей также можно проектировать щитовым способом. В связи с большой продолжительностью и стоимостью монтажа и демонтажа механизированных щитов на проведении станционных тоннелей применяют только обычные немеханизированные щиты.

Выполнение работ по строительству станции предусматривают в определенной последовательности ( 3.11). После выхода от ствола / на трассу подходного тоннеля 2 должна быть пройдена монтажная камера 3 первого бокового тоннеля, смонтирован щит 10 и начато проведение бокового тоннеля 7. Затем проводят монтажную камеру 4 и предусматривают проведение второго тоннеля щитом 8. В последнюю очередь проводят камеру 5 и на трассу среднего тоннеля выводят щит 6. Также поочередно предусматривают проведение демонтажных камер 12, 14 и 9 с использованием вспомогательной подходной выработки / /. Одновременно можно предусматривать проведение перегонного тоннеля щитом 13.

При проектировании проведения выработки щитовым способом в ППР должны быть предусмотрены все технологические процессы: выемка породы, возведение обделки, передвижка щита, нагнетание раствора за обделку, гидроизоляция. Для разрушения крупных валунов в забое следует использовать гидроклин ЦНИИС или метод взрывания малых зарядов в предварительно пробуренных шпурах.

Способ опертого свода принимают в проектах на проведение выработок или их участков длиной до 300 м в нескальных породах типа твердых глин и суглинков, сцементированных крупнообломочных, отвердевших лессов, а также в скальных породах с коэффициентом крепости /=1+4, способных воспринять давление от пят свода обделки с учетом всех нагрузок, действующих на свод. Способ опертого свода принимают также при неоднородном сложении пород по сечению выработки, когда ниже пят свода расположены необводненные прочные породы с коэффициентом крепости от 1 и выше, а в сводовой части — менее прочные породы.

При проектировании проведения тоннелей в необводненных породах следует принимать способ опертого свода преимущественно по одноштольневой схеме, а в водоносных — по двухштольневой схеме (см. схему IV, г на  3.6). Нижнюю и верхнюю штольни следует соединять между собой породоспусками (фурнелями), а также наклонными сбойками (бремсбергами). Расстояние между породоспусками и наклонными сбойками устанавливают в зависимости от принятых погрузочных и транспортных средств; оно не должно превышать 12 м между породоспусками и 30 м между наклонными сбойками.

При проектировании проведения выработки способом опертого свода раскрытие калотт предусматривают отдельными участками (кольцами), длину которых устанавливают в зависимости от инженерно-геологических условий (она не должна превышать 6,5 м). Раскрытие калотты по длине выработки следует предусматривать с интервалом в 1—3 кольца в зависимости от инженерно-геологических условий. Ширину берм у пят свода при проведении средней штроссы, последовательность разработки боковых штросс и длину участков проведения устанавливают в проекте в зависимости от устойчивости пород.

Способ опорного ядра следует проектировать при проведении выработок или их участков длиной до 300 м в необводненных породах: глинах, суглинках, супесях, лессовых, песчаных, моренных, крупнообломочных и других, не способных воспринимать давление от свода обделки. При проектировании проведения выработки площадью поперечного сечения более 40 м2 способом опорного ядра допустимо предварительное проведение по оси выработки нижней транспортной штольни (см. схему IV, б на  3.6).

Боковые штольни, необходимые для возведения стен при применении способа опорного ядра, следует проводить на всю длину проектируемого участка тоннеля. При проектировании возведения стен несколькими ярусами следует иметь в виду, что разработка очередного верхнего яруса допустима только после окончания бетонирования стены нижнего яруса и достижения бетоном 25% проектной прочности. После бетонирования стен пазухи между стеной и крепью нижней штольни должны быть заполнены породой и уплотнены.

Длина разрабатываемого кольца калотты при проведении способом опорного ядра не должна превышать 4 м. Должно быть предусмотрено раскрытие калотты с интервалами по длине выработки не менее чем в два кольца, а в неустойчивых породах — не менее чем в три кольца.

Способ раскрытия на полный профиль по частям с креплением прогонами и торцевыми фермами следует принимать при проектировании проведения первых колец сборной обделки камер для монтажа щита или тюбингоукладчика, предназначенных для дальнейшей проходки выработки, а также при проектировании строительства других камер и участков выработок небольшой протяженности, проводимых в необводненных глинах, суглинках, супесях и других породах, когда нельзя применить способ опертого свода. Необходимо предусматривать выемку породы участками на длину не более длины кольца обделки.

Строительство камер высотой более 10 м (см. схемы IX, X на  3.6) с устройством постоянной обделки следует предусматривать в следующем порядке: проведение сводчатой части выработки и устройство обделки свода с последующей разработкой основного массива породы (ядра) камеры и возведением обделки стен ( 3.12).

Проведение сводчатой части выработок пролетом до 20 м в устойчивых скальных породах с / > 8 следует, как правило, проектировать на полное сечение с последующим возведением постоянной обделки свода, Проведение и бетонирование сводчатой части камерных выработок пролетом более 20 м в устойчивых скальных породах и независимо от пролета в скальных породах средней устойчивости (/ = 4 -f- 8) проектируют, как правило, уступным способом с опережением центральной части сечения.

Необходимость проведения сводчатой части камерных выработок пролетом более 20 м на полное сечение должна быть обоснована расчетом.

В слабоустойчивых скальных породах с / < 4 проведение сводчатой части камерных выработок независимо от пролета следует проектировать способом опертого свода. В случае недостаточных данных об инжнерно-геологических условиях строительства камеры допустимо предусматривать проведение центральной направляющей выработки на проектную длину камеры.

Разработку ядра камерных выработок, в которых предусмотрено возведение постоянной обделки, следует проектировать сверху вниз уступами высотой до 10 м в устойчивых породах; до 5 м в породах средней устойчивости и до 3 м в слабоустойчивых породах. В слабоустойчивых породах должна быть предусмотрена выемка уступов с оставлением целиков породы и последующей их разработкой и бетонированием стен в шахматном порядке. Возможна также проходка траншей вдоль стен на высоту уступа и бетонирование стен в первую очередь.

Выемку породы при проведении выработки сплошным забоем проектируют буровзрывным способом с использованием оснащенных бурильными машинами буровых рам и уборкой породы погрузочными машинами ( 3.13) или с использованием самоходных бурильных установок и уборкой породы экскаваторами или погрузочными машинами. При проведении выработки уступным способом для выемки верхнего уступа принимают буровзрывной метод разрушения породы с использованием самоходных бурильных установок или комбайновый, а для выемки нижнего уступа — буровзрывной способ с использованием самоходных бурильных установок и.экскаваторов или погрузочных машин для уборки породы.

При проектировании проведения выработки способами опертого свода, опорного ядра или раскрытия на полный профиль по частям для разрушения породы в калотте и боковых штроссах предусматривают отбойные молотки и пневматические лопаты. Выемку породы в ядре предусматривают тоннельными экскаваторами или буровзрывным способом с уборкой породы экскаваторами или погрузочными машинами. Выбор средств механизации выемки следует осуществлять, исходя из условий обеспечения поточного процесса при наименьших трудовых затратах и сроках строительства.

Временное крепление выработок при проведении сплошным забоем или уступным способом в трещиноватых скальных породах следует предусматривать с применением анкерной или набрызгбетонной крепи или их сочетания. Использование арочной крепи в качестве временной допустимо в исключительных случаях, при надлежащем технико-экономическом обосновании. Условиями для ее применения могут быть трещиноватые скальные породы с коэффициентом крепости до 8, а также зоны с тектоническими нарушениями. Расстояние между арками следует принимать по расчету, но не более 1,5 м.

Набрызгбетон принимают в качестве временной крепи при проектировании проведения выработки в скальных трещиноватых породах, где отсутствуют различные проявления горного давления. Если в этих породах возможны проявления горного давления, то следует закладывать в проект использование набрызгбетона, армированного металлической сеткой, в сочетании с анкерной крепью.

В качестве временной крепи выработок на период производства работ до возведения постоянной обделки в скальных породах с коэффициентом крепости от 4 и выше принимают анкерную крепь. Конструкцию анкеров, их число и длину определяют в проекте в зависимости от крепости и состояния пород. На анкерную крепь составляют паспорт с учетом инженерно-геологических особенностей каждого участка по длине выработки. Паспорт анкерной крепи должен содержать следующие основные данные: тип анкеров, их длину, схему расположения по контуру выработки, расстояние между ними.

Для крепления штолен в нескальных породах могут быть использованы полные деревянные рамы или замкнутая арочная металлическая крепь. Тип временной крепи штолен в скальных породах с коэффициентом крепости от 1,5 и выше устанавливают в зависимости от состояния и характера напластований пород и других инженерно-геологических условий.

При проектировании проведения тоннелей или штолен ниже уровня подземных вод или при наличии под основанием выработки напорного водоносного горизонта предусматривают специальные способы: искусственное понижение уровня подземных вод, проведение под сжатым воздухом, искусственное замораживание, тампонаж. Проведение выработок под сжатым воздухом допустимо в плывунных и водонасыщенных не-скальных грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, при котором применение водопонижения неэффективно. Для снижения давления сжатого воздуха в рабочей камере следует предусматривать искусственное понижение уровня грунтовых вод.

Для проведения тоннелей в осушенных песчаных, супесчаных и суглинистых породах под железнодорожными путями, автомобильными дорогами и другими инженерными сооружениями в целях уменьшения возможной деформации земной поверхности следует предусматривать способ продавливаиия обделки. К специальным также относят способы строительства подземных сооружений растворением соли и внутренними взрывами. Наибольшее применение эти способы находят при строительстве подземных хранилищ жидкого топлива и газа.

Проектирование строительства горизонтальной выработки представляет собой процесс разработки проектов проведения ее основной части, монтажной камеры, технологического отхода и завершается составлением сводного графика строительства и таблицы технико-экономических показателей. На стадии разработки ПОС должны быть рассмотрены возможные варианты проведения горной выработки и выполнена оптимизация по скорости проведения, трудоемкости и стоимости.

Длину технологического отхода, необходимого для монтажа и размещения проходческого оборудования, принимают равной 10-30 м. В задачу проектирования технологического отхода входят выбор и разработка схемы проведения этой части тоннеля или штольни с соответствующим оснащением поверхности и забоя, расчет технико-экономических показателей, составление графиков организации работ и оформление чертежей.

Сводный план производства горнопроходческих работ основного периода включает все проектные решения, относящиеся к отдельным этапам его строительства на припортальных, основных и завершающих участках, сопряжениях, пересечениях с другими выработками и т.п. В сводный проект включают отдельные проекты, составленные на проведение участков выработки специальными способами. Каждый проект, входящий в состав сводного, должен иметь сведения об объемах, сроках и стоимости выполнения работ.

В сводном проекте на общей схеме трассы подземного сооружения с ситуационным планом местности должно быть указано расположение участков подземных и открытых работ, строительных площадок и мест отвалов породы. В проекте приводят расстановку применяемых механизмов на участках, сроки эксплуатации и режимы работ специальными способами, объемы их выполнения в увязке с графиком производства горнопроходческих работ.

В состав ППР должны входить схемы расстановки механизмов и расположения оборудования, применяемого для обслуживающих процессов и создания необходимых температурно-влажностных режимов в законченных строительством отдельных сооружениях на период монтажа в них оборудования и до сдачи в эксплуатацию. Приводят графики работы механизмов на участке с указанием сроков их эксплуатации и режимов работы, а также ведомость подсчета объемов работ по участкам.

В пояснительной записке к ППР приводят обоснование принятых способов и скоростей проведения отдельных выработок, применения специальных способов работ, а также перечень сооружений, которые по условиям монтажа постоянного технологического оборудования требуют создания необходимого температурно-влажностного режима, с указанием его основных параметров.

 

К содержанию книги:  Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация