Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Строительство тоннелей и метрополитенов Минимаркер Восстановление тоннелей

Восстановление тоннелей

Страница 7 из 7

Причины и виды разрушения тоннелей

Разрушение тоннелей может произойти в процессе строительства или эксплуатации.

В процессе строительства причинами разрушений и обвалов являются либо неправильная оценка и недостаточное знание инженерно-геологических условий расположения тоннелей, либо выбор неправильных методов производства работ по сооружению тоннеля или их низкое качество. К гидрогеологическим особенностям массива, способствующим возникновению разрушений и обвалов, относятся: наличие слабых водоносных и водонасыщен-ных грунтов типа плывуна; наклонное и горизонтальное напластование грунтов и наличие в них плоскостей скольжения в виде смоченных тонких глинистых прослоек; наличие в зоне тоннеля сбросовых, обвальных и оползневых участков, а также карстовых образований; сильная трещи-новатость грунтов.

Наиболее характерными недостатками строительства, вызывающими аварийные ситуации в тоннельных выработках, являются: несвоевременная установка временной крепи; продолжительное простаивание на временных крепях отдельных участков тоннеля большой протяженности; постановка крепей недостаточной несушей способности; отступление от утвержденных проектов; низкое качество работ.

В процессе эксплуатации разрушение тоннелей может произойти либо вследствие несоответствия конструкции обделки действующим нагрузкам, либо в результате преднамеренного разрушения. Несоответствие конструкции действующим нагрузкам чаще всего приводит к постепенным повреждениям и возрастанию деформаций обделки. В этом случае обычно удается путем соответствующих мероприятий предотвратить разрушение и обвалы в тоннеле. Однако в практике эксплуатации тоннелей все же имеются случаи крупных разрушений, основными причинами которых являются: несоответствие принятых конструктивных решений фактическим гидрогеологическим условиям; отступления в процессе строительства от принятых проектных решений; возрастание величины горного давления; образование пустот за обделкой и обвалы горного массива в результате воздействия подземных вод; химическое и термическое воздействие локомотивов, способствующие усилению процессов выветривания и создающие предпосылки для обвалов в безобделочных тоннелях; внезапные сдвиги и оползни из-за неустойчивости тоннельного массива; воздействие на тоннель сейсмических сил.

Вызванное перечисленными причинами разрушение тоннеля по его длине может быть общим или местным. Обычно приходится иметь дело с разрушениями отдельных участков, расположенных у порталов или внутри тоннеля. Степень разрушения конструкции в свою очередь может быть полной или частичной.

Нагромождение обрушившейся породы, обломков обделки и погребенных в них оборудования и конструкций, полностью или частично заполняющих участок тоннеля, называется завалом. В зависимости от характера распространения обвала и его размера завалы бывают следующих типов:

  • открытый завал (завал без отрыва), при котором зона обрушения достигает поверхности земли (рис. 8.14, а);
  • закрытый глухой завал (глухой завал с отрывом), при котором над тоннелем образуется свод обрушения, а порода заполняет весь поперечный профиль тоннеля (рис. 8.14,б);
  • закрытый завал (завал с отрывом), при котором над тоннелем образуется свод обрушения с частичным заполнением поперечного профиля тоннеля породой (рис. 8.14, в);
  • закрытый завал переходного типа, когда с одной стороны он имеет вид глухого завала, а с другой стороны поперечный профиль тоннеля заполнен породой частично (рис. 8.14, г).

Основные типы завалов

Рис. 8.14 – Основные типы завалов

Свод вывала или так называемый «купол» может иметь различную форму и степень устойчивости, зависящую от инженерно-геологических условий и причин, вызвавших разрушение тоннеля. Иногда вывал после обивки отдельных нависающих кусков скалы не угрожает дальнейшим обрушением. Значительно чаще происходит временная стабилизация вывала с последующим его развитием за счет обрушения грунта в отдельных местах в виде мелких или крупных кусков и даже глыб объемом до 1,0–1,5 м3. В слабых грунтах при образовании закрытых завалов происходит неустойчивая стабилизация вывала, которая грозит дальнейшими обрушениями больших масс грунта и даже переходом его в открытый завал. Все это представляет большую опасность при восстановлении таких тоннелей.

Этапность восстановительных работ

Восстановление разрушенного участка или всего тоннеля может быть начато лишь после проведения соответствующего обследования. Задачей технического обследования является сбор необходимых данных для правильного назначения рационального варианта восстановления, его успешного осуществления и последующей эксплуатации тоннеля.

В случае восстановления разрушений, происшедших в процессе строительства, по имеющимся на строительстве проектно-сметной документации и другим документам можно с исчерпывающей полнотой установить гидрогеологическую характеристику массива, проанализировать организацию и порядок производства работ, выявить причины разрушения и выбрать наиболее рациональный вариант восстановления. В первую очередь при всех обстоятельствах следует принять меры по стабилизации происшедшего обвала и. предотвратить его дальнейшее распространение. Для этого необходимо усилить крепь близлежащих участков тоннеля, соорудить перемычки при проникновении плывуна в тоннель и т. п. Следует также иметь в виду, что проект организации работ по восстановлению разрушенного участка должен быть составлен с таким расчетом, чтобы одновременно с ликвидацией последствий аварии можно было бы возобновить работы по дальнейшему сооружению тоннеля. Для этой цели могут быть дополнительно пройдены обходные штольни, шахты или другие вспомогательные выработки.

При восстановлении разрушений, происшедших в эксплуатируемых тоннелях, необходимая техническая документация может отсутствовать. Тогда наряду со сбором общих сведений об инженерно-геологических условиях времени и способе сооружения тоннеля и других данных особое внимание следует уделить изучению разрушенного участка тоннеля. Необходимо уточнить физико-механические и инженерно-геологические характеристики грунта в завале, устойчивость нового состояния равновесия пород и ожидаемого горного давления, характер и размеры разрушений, состояние обделки и ее габарит как на разрушенном, так и на примыкающем участке тоннеля. На основании проведенных обследований выбирают наиболее рациональный вариант восстановления тоннеля, а также определяют последовательность и этапность работ.

Полное восстановление тоннеля с устранением всех последствий разрушений и доведения его до такого состояния, которое удовлетворяло бы современным условиям эксплуатации, требует значительных затрат средств и времени. Вместе с тем из-за необходимости срочного открытия движения на этом участке линии время, затрачиваемое на восстановление, должно быть минимальным, поэтому восстановление тоннелей может осуществляться при определенных условиях в два этапа.

Временное восстановление тоннелей производится по облегченным техническим условиям. На этом первом этапе работ производят расчистку тоннеля в месте завала, закрепление участка временной надежной крепью (рис. 8.15) по установленному габариту и укладку верхнего строения пути. При восстановлении однопутных тоннелей внутреннее очертание временной крепи принимают обычно совпадающим с наружным очертанием разрушенной тоннельной обделки, что позволяет на следующем этапе восстановительных работ ограничиться лишь возведением постоянной обделки, не прибегая к работам по расширению тоннельной выработки. На участках с частичным разрушением обделки металлические кружала могут применяться в качестве временных несущих конструкций. Временное восстановление двухпутных тоннелей обычно производится под один путь с проходкой в зоне завала выработки ограниченного профиля.

Временная обделка из металлических трехшарнирных арок

Рис. 8.15 – Временная обделка из металлических трехшарнирных арок: 1 – деревянные брусья; 2 – заанкеренный болт; 3 – металлическая несущая арка

Капитальное восстановление должно обеспечить условия постоянной нормальной эксплуатации сооружения и осуществляться в соответствии с действующими нормами и техническими условиями. Капитальное восстановление без промежуточного этапа работ целесообразно лишь в случае, если сроки и объемы работ мало отличаются от таковых, необходимых для временного восстановления.

Временное восстановление

Выбор того или иного способа ликвидации завалов зависит в основном от его вида, а также степени устойчивости грунтов.

Ликвидация открытых завалов, при которых зона обрушения достигает поверхности земли, осуществляется одним из ниже приведенных способов. Применение того или иного способа обусловлено характером разрушения тоннеля.

На участке завала разрушен лишь свод, а стены сохранились. В этом случае сначала проходят верхнюю штольню на участке длиной до 6 м и раскрывают калотту. Затем устанавливают металлические несущие кружала (2) (рис. 8.16) и разбирают завал уступами.

Схема установки крепи на начальной стадии восстановления однопутного тоннеля

Рис. 8.16 – Схема установки крепи на начальной стадии восстановления однопутного тоннеля: 1 – предохранительные кружала; 2 – металлические несущие кружала; 3 – завал; 4 – марчеваны (затяжка); 5 – прогоны; 6 – распорка

На участке завала обделка разрушена полностью или не была еще возведена. Работы в этом случае начинают также с проходки верхней штольни и раскрытия калотты, но затем разрабатывают профиль для стен в траншеях. Далее устанавливают металлические несущие кружала (3) (рис. 8.17) по наружному контуру выработки или возводят постоянную обделку- Заканчиваются работы разработкой ядра и восстановлением верхнего строения пути. Этот вид завала может быть ликвидирован также способом опорного ядра с установкой временной металлической обделки из кружальных арок с дощатой обшивкой или возведением постоянной обделки.

Схема разработки профиля тоннеля при разрушении всей обделки

Рис. 8.17 – Схема разработки профиля тоннеля при разрушении всей обделки: 1 – лонгарины; 2 – штендеры; 3 – металлические несущие кружала

В тоннеле произошел прорыв большого количества водонасыщенного грунта. Работы по восстановлению в этом случае ведут специальными методами с применением сжатого воздуха, замораживания или другого способа искусственного закрепления грунтов. Может даже возникнуть вопрос о целесообразности устройства обхода зоны прорыва или даже изменения трассы всего тоннеля.

Ликвидация закрытых завалов осуществляется в зависимости от высоты вывала и степени его устойчивости. Восстановление может осуществляться без предварительной закладки «купола» или с его первоочередным закреплением.

Восстановительные работы без предварительной закладки «купола» ведут в случае, если свод вывала находится в устойчивом состоянии. Работы тогда ведут с применением одного из следующих способов.

Расчистка завала без защитных приспособлений производится в крепких грунтах при устойчивой стабилизации естественного свода вывала. Перед расчисткой завала делают тщательную оборку «купола». При временном восстановлении обделку не восстанавливают, а поверхность вывала иногда закрепляют набрызгбетоном.

Расчистка завала под защитой передвижной конструкции целесообразна, когда возможны падения отдельных небольших кустов грунта. В хвостовой части конструкция опирается на установленные и засыпанные рамы (1) (рис. 8.18) временной обделки, а в головной части – на завал (4). Передвижка защитной конструкции осуществляется с помощью лебедки.

Схема восстановления участка под защитой передвижной конструкции

Рис. 8.18 – Схема восстановления участка под защитой передвижной конструкции: 1 – рамы временного крепления; 2 – засыпка; 3 – защитный козырек; 4 – завал

Работа с помощью подвижного шатра может применяться при расчистке завалов большого объема, требующих применения высокопроизводительных машин и оборудования. Подвижной шатер представляет собой рамную металлоконструкцию, передвигающуюся на специальных тележках с амортизаторами (рис. 8.19). Шатер имеет головной козырек (8), под защитой которого осуществляется разборка завала с помощью породопогрузочной машины (1), и подъемную хвостовую часть (7) для защиты рабочих при сооружении обделки и закладке вывала. Наличие телескопических стоек у шатра позволяет пропускать его в опущенном состоянии в пределах неразрушенных участков тоннеля.

Схема подвижного шатра в рабочем положении

Рис. 8.19 – Схема подвижного шатра в рабочем положении: 1 – породопогрузочная машина; 2 – вагонетка; 3 – временная деревянная крепь по металлическим аркам; 4 – сохранившаяся обделка; 5 – закладка вывала; 6 – крепление вывала; 7 – подъемная хвостовая часть шатра; 8 – головной козырек

Восстановительные работы с первоочередной закладкой вывала или закреплением «купола» ведутся в случае, если свод вывала находится в состоянии неустойчивой стабилизации.

Закладка «купола» с поверхности осуществляется раздробленным грунтом через разведочные специально пройденные шахты (рис. 8.20) или пробуренные скважины. При глубоком расположении тоннеля проходка специальных шахт для спуска грунта с поверхности может оказаться нецелесообразной. Скважины могут буриться на глубину 100 м и более.

Разведочная шахта

Рис. 8.20 – Разведочная шахта

Закрепление вывала и закладка «купола» из тоннеля осуществляются при небольшой высоте вывала с помощью системы продольных и поперечных балок, стоек и подкосов (рис. 8.21). Система крепи обусловлена очертанием «купола». Для придания ей большей устойчивости пространство между стойками и подкосами может забучиваться грунтом. После закрепления вывала и закладки «купола» тоннель восстанавливают аналогично тому, как это делалось в случае открытых завалов.

Капитальное восстановление тоннелей

Капитальное восстановление тоннелей, предусматривает полное устранение последствий разрушения и обеспечение нормальных условий его эксплуатации.

Схема закрепления вывала и закладки купола

Рис. 8.21 – Схема закрепления вывала и закладки купола

При возведении обделок следует учитывать, что грунт в завале не может в полной мере оказывать сопротивление перемещениям обделки. В таких случаях необходимо возводить усиленные обделки, где особое значение приобретает устройство обратного свода.

При наличии свободного пространства для возведения обделки, предусмотренного временным восстановлением, работы выполняются просто. Обделка тогда сооружается с применением металлической подвижной сборно-разборной опалубки или кружал (рис. 8.22).

Схема сооружения обделки при капитальном восстановлении тоннеля:

Рис. 8.22 – Схема сооружения обделки при капитальном восстановлении тоннеля: слева – установка опалубки; справа – бетонирование обделки; 1 – несущие кружала временного восстановления; 2 – затяжка временного восстановления; 3 – металлические поддерживающие кружала; 4 – доски опалубки; 5 – забутовка

При вывалах большой высоты, в которых при временном восстановлении закладка была выполнена не полностью и временная обделка возведена по ограниченному профилю или в двухпутных тоннелях, временно восстановленных под однопутное движение, задача капитального восстановления значительно сложнее в связи с большим числом перекреплений, которые необходимо выполнить при установке опалубки (1) (рис. 8.23).

Схема капитального восстановления двухпутного тоннеля, временно восстановленного под однопутный

Рис. 8.23 – Схема капитального восстановления двухпутного тоннеля, временно восстановленного под однопутный: слева – устройство опалубки; справа – бетонирование обделки; 1 – опалубка; 2 – крепь кровли вывала; 3 – арки временного восстановления

Кровлю вывала целесообразно закреплять с помощью надобделочных капитальных конструкций, опирающихся на обделку (рис. 8.24).

Типы надобделочных капитальных конструкций для поддержания кровли вывала

Рис. 8.24 – Типы надобделочных капитальных конструкций для поддержания кровли вывала: а – ребристое перекрытие на поперечных стенках; б – ребристое перекрытие на стойках; в – то же на продольных стенках; г – раздельный свод; 1 – железобетонная поперечная стенка; 2 – слой набрызгбетона; 3 – проход; 4 – обделка; 5 – стойки; 6 – железобетонные продольные стенки; 7 – бетонный свод

Ликвидация открытых и закрытых завалов при капитальном восстановлении осуществляется практически так же, как и при временном, но в процессе производства работ возводят сразу постоянную обделку.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика