Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Строительство тоннелей и метрополитенов Минимаркер Временное крепление тоннельных выработок в устойчивых грунтах

Временное крепление тоннельных выработок в устойчивых грунтах

Страница 6 из 16
Содержание лекции:
Технология строительства тоннелей горным способом

Если при проходке тоннелей в неустойчивых грунтах наиболее широко применяются лишь два вида крепи – веерная деревянная и арочная металлическая, то в устойчивых грунтах разнообразие используемых видов крепи значительно больше. Наибольшее распространение получила анкерная и набрызгбетонная крепь, как в виде самостоятельных конструкций, так и в различных сочетаниях друг с другом. Преимущество такой крепи – включение ее в обделку составной частью или отдельным элементом.

Выбор вида временной крепи обусловливается следующими факторами:

  1. назначением, формой и размерами выработки;
  2. физико-механическими свойствами грунтов, обусловливающими устойчивость выработки, величину и характер проявления горного давления. Показатель устойчивости является определяющим исходным фактором при выборе конструкции крепи и паспорта крепления выработки:
  3. сроком работы временной крепи;
  4. взаимным расположением выработок;
  5. экономической целесообразностью.

Временное крепление выработок производится в соответствии с утвержденным проектом и паспортом крепления. Паспорт крепления утверждается главным инженером строительной организации.

Раскрытие калоттного профиля выработок; сооружаемых в скальных грунтах, производится либо за один прием, либо по частям (при пролете выработки свыше 20 м). Разработка грунта в этом случае производится буровзрывным способом. В качестве временной крепи применяется полигональная (контурная) деревянная крепь, которая устанавливается по периметру (контуру) выработки, оставляя свободным внутреннее пространство, что позволяет максимально использовать механизацию всех основных работ.

Полигональная (многоугольная) крепь

Деревянная полигональная крепь (рис. 1.36) состоит из прямоугольных брусьев (косяков) (3) сечением 18×22, 22×24 или 24×26 см длиной 1,5–2 м, соединяемых впритык и опирающихся на прогоны (2), под которые подводят стойки (1), устанавливаемые на лежни (5). В местах стыков элементов устанавливают распорки (4). За элементы крепи закладывают доски с расклинкой их в грунт. Располагают рамы полигональной крепи на расстоянии от 0,8 до 1,4 м в зависимости от горного давления. Многоугольная крепь может быть выполнена также из металлических прокатных профилей, соединяемых между собой болтами или сваркой. Полигональную крепь применяют в грунтах средней крепости при отсутствии большой трещиноватости и подземных вод.

Полигональная крепь

Рис. 1.36 – Полигональная крепь

Арочная крепь

Металлическая арочная крепь изготавливается из стальных прокатных двутавров (чаще всего № 16–18), швеллеров и специальных профилей. Возможно приготовление арок из армокаркасов.

В зависимости от способа производства работ и физико-механических свойств грунта применяют стальную арочную крепь нескольких типов, При разработке забоя на полное сечение применяют полную арочную крепь (рис. 1.37, а), которая состоит из двух симметричных элементов (стоек) (1), соединяемых в замке болтами (3). Продольная устойчивость обеспечивается путем постановки распорок (рошпанов) (2), а плотность контакта арок с грунтом – закладными досками (4). Стойки опираются на лежни (5).

Конструкция арочной крепи

Рис. 1.37 – Конструкция арочной крепи: а – арочная крепь (полная) из двух частей; б – арочная крепь для свода выработки; в – арочная крепь из четырех частей

Арочная крепь только для свода выработки (рис. 1.37, б) состоит из двух криволинейных элементов (6), опирающихся на уступы грунта за проектным контуром тоннеля. Эта крепь требует некоторого перебора грунта в пятах свода для образования уступов.

При разработке сначала верхней половины тоннеля, а затем нижней применяется арочная крепь, состоящая из четырех элементов (рис. 1.37, в): двух полуарок (6) и двух стоек (1). Полуарки опираются на стойки при помощи приваренных к их торцам фланцев (7), Арки устанавливают одна от другой в зависимости от условий поддержания выработки, площади ее поперечного сечения, свойств грунта и других факторов на расстоянии от 0,5 до 1,5 м.

При возведении арочной крепи элементы ее собираются на подошве выработки под защитой ранее установленной крепи. Затем собранную арку с помощью специальных механизмов поднимают и устанавливают в выработке с соблюдением принятого по паспорту крепления расстояния между ними. При большой высоте выработки для установки металлической арочной крепи используют подмости или буровые рамы. Зазор между арками и поверхностью выработки расклинивают, кровлю и бока выработки закрепляют досками-затяжкой вразбежку с расстоянием между кромками 10 см; при необходимости в кровле устраивают сплошную затяжку.

Забутовка закрепленного пространства должна производиться тщательно и по всему периметру, что обеспечивает более равномерное распределение давления на крепь и улучшает условия ее работы, Во всех случаях арки раскрепляют между собой продольными распорками. Поверхность выработки между арками в устойчивых скальных грунтах с коэффициентом крепости от 2 и выше допускается закреплять набрызгбетоном вместо затяжки досками. При сооружении обделки арочную крепь, как правило, снимают. В трещиноватых и нарушенных грунтах арки могут быть оставлены в бетонной обделке в качестве жесткой арматуры.

В соответствии со СНиП III-44-77 арки в качестве временной крепи допускается использовать (при надлежащем технико-экономическом обосновании) в трещиноватых скальных грунтах с коэффициентом крепости до 8, а также в зонах с тектоническими нарушениями.

Анкерная крепь

Для увеличения несущей способности прилегающих к выработке трещиноватых грунтов применяют анкерную крепь. Анкерная крепь – это система закрепленных в шпурах металлических стержней (штанг), установленных по периметру выработки для скрепления различных слоев или структурных блоков грунта.

Анкерную крепь как самостоятельную конструкцию можно применять в грунтах средней устойчивости с коэффициентом крепости f ≥ 4.

В более слабых грунтах анкерную крепь можно применять в сочетании с другими крепями (рамной, тюбинговой, набрызгбетонной или монолитной бетонной). Кроме того, анкерную крепь часто используют в качестве меры для предотвращения пучения грунта подошвы выработки, а также для вспомогательных целей: при ремонте выработок с нарушенной крепью и усилении последней; для подвески кабелей, трубопроводов и др.

В выработках трапециевидной формы при горизонтальном напластовании грунтов (рис. 1.38, а) крайние анкеры устанавливают под углом 30° к вертикали, но так, чтобы конец анкера выходил за пределы пролета выработки не менее чем на 40 см; средние анкеры устанавливают вертикально. В выработках со сводчатой формой при горизонтальной слоистости (рис. 1.38, б) анкеры следует располагать радиально.

Расположение анкеров при различной слоистости грунтов

Рис. 1.38 – Расположение анкеров при различной слоистости грунтов

В выработках со сводчатой формой при вертикальной (рис. 1.38, в) или наклонной слоистости (рис. 1.38, г) анкеры располагают как можно более перпендикулярно к плоскости простирания слоев.

При строительстве транспортных тоннелей рекомендуется применять металлические замковые анкеры, железобетонные анкеры (набивные, предварительно напрягаемые) и анкеры на пласторастворах (сталеполимерные).

Металлические замковые анкеры по конструкции замков подразделяются на клинощелевые и распорные.

Клинощелевые анкеры (рис. 1.39) наиболее просты по конструкции и надежны в эксплуатации, их рекомендуется применять в грунтах с коэффициентом крепости 6–10. Они состоят из стержня (4) с резьбой на одном и прорезью (5) на другом конце, хвостовика (3), клина (6), опорной шайбы (2) и натяжной гайки (1). Конец стержня, в прорезь которого вставлен клин, является замком анкера.

Конструкции клинощелевых анкеров с замковой частью диаметром 25 мм (а) и 36 мм (б)

Рис. 1.39 – Конструкции клинощелевых анкеров с замковой частью диаметром 25 мм (а) и 36 мм (б)

Клинощелевые анкеры с замковой частью диаметром 25 мм устанавливают в шпуры, пробуренные коронкой диаметром 32 ±1 мм. При шпурах диаметром 40–42 мм применяют клинощелевые анкеры с замком диаметром 36 мм. Диаметр стержня определяют расчетом, но он должен быть не менее 20 мм при длине анкера до 1,8 м и 25 мм при большей длине. При расчетном диаметре стержня меньше диаметра его замка анкер делается составным на резьбе (7).

Анкеры могут изготавливаться как на строительной площадке, так и в заводских условиях, при этом необходимо выполнять следующее: стержень длиной до 2 м должен изготавливаться из стали Ст3, а при большей длине – из стали более прочных марок; опорные шайбы из стали Ст3 должны иметь размеры от 100×100×8 до 200×200×12 мм. Установку анкера производят следующим образом: штангу со вставленным в прорезь клином вводят в подготовленный шпур до упора и на выступающий из шпура конец штанги надевают насадку, по которой отбойным молотком наносят удары. Под действием ударов клин входит в прорезь, раздвигая обе половины разрезной части штанги и заклинивая их в грунт. Затем на выступающий конец штанги надевают металлическую прокладку (шайбу) и навинчивают натяжную гайку. Если грунт кровли не имеет достаточной прочности, между подкладкой и кровлей устанавливают подхваты из швеллеров, уголков или полосового железа. В выработках, имеющих кровлю сводчатой формы, устанавливают подхваты в виде арки. В необходимых случаях между подхватами размещают затяжки. Если грунты склонны к осыпанию, производят затяжку поверхности выработки металлической сеткой толщиной 2–3 мм с ячейками размерами 10×10 см, которую прижимают к грунту шайбами анкеров. Иногда на сетку наносят набрызгбетон или торкрет-бетон. Штанги анкерной крепи имеют длину 1,2–2 м, но в зависимости от напластования грунтов, ширины выработки и величины заходки длина их может достигать 3–5 м и более. Располагают анкеры по сетке от 1×1 до 1,5×1,5 м. Существенным недостатком этих анкеров является невозможность извлечения их из грунта для повторного использования.

Распорные анкеры применяются в грунтах с f = 3÷4. К этому типу анкеров относят многочисленные конструкции. Примером может служить анкер (рис. 1.40), состоящий из разрезной распорной муфты (1), угол наклона внутренних поверхностей которой соответствует наклону граней клина, образованного на конце расклиненной штанги (3). Собранный анкер с проволочным кольцом (2), удерживающим на штанге половинки распорной муфты, вводят в шпур вместе с установочной трубой (4). При затягивании гайки (6), упирающейся в опорную шайбу (5), клин штанги перемещается вниз, раздвигая части распорной муфты и способствуя закреплению их в шпуре. После снятия трубы производят окончательное натяжение штанги при плотном примыкании опорной шайбы к поверхности кровли.

Конструкция распорного анкера

Рис. 1.40 – Конструкция распорного анкера

Достоинства этого, анкера по сравнению с клинощелевым: качество заделки не зависит от глубины шпура; возможность повторного использования анкеров; большая поверхность контакта распорной головки со стенками шпура; возможность уменьшения диаметра штанги; меньшее влияние точности бурения на качество заделки анкера.

Основным недостатком распорных анкеров является сложность конструкции замка, требующей заводского изготовления.

Наличие грунтовых вод ухудшает условия успешного применения анкерной крепи, так как при размокании некоторых грунтов возможно проскальзывание замка анкера. По этой причине бурение шпуров для анкеров лучше производить без промывки.

В очень крепких грунтах (кварц, базальт, кварциты) трудно осуществить надежное закрепление металлических анкеров, так как для раздвижки замка в этом случае требуется приложить очень большие усилия. В недостаточно прочных грунтах (твердая глина, сланцевая глина) в месте расположения замка металлического анкера постепенно происходит деформация грунта и ослабление заделки. В связи с этим металлическую анкерную крепь следует считать временной, так как анкеры не защищены от коррозии и не могут быть достаточно долговечны.

Анкеры на пласторастворах (сталеполимерные) закрепляют в шпуре быстротвердеющим полимерным бетоном на основе эпоксидных (ЭД-5), полиэфирных (ПН-1) и фенольных (ФРА и ФФ-1Ф) смол, при этом раствором заполняют либо весь шпур, либо только его замковую часть. Достоинством такого закрепления является быстрое твердение растворов и хорошее сцепление раствора со стержнем и стенками шпура. Такие анкеры способны воспринимать нагрузку уже через 1–2 ч.

Во влажной среде прочность закрепления таких анкеров существенно снижается. Применение такого вида крепи целесообразно в грунтах f < 3÷4, в которых анкеры других типов имеют небольшую прочность закрепления. Не исключается возможность применения сталеполимерных анкеров и в более крепких грунтах.

В комплект анкерной крепи входят: стержень анкера из стали периодического профиля (полимерных материалов или дерева), ампула с химическим закрепителем на основе синтетической смолы, уплотнительное кольцо, опорная плита и натяжная гайка. При уменьшенном диаметре шпура применение уплотнительного кольца необязательно.

Ампула на основе полиэфирной смолы (рис. 1.41, а) состоит из полиэтиленовой оболочки (1), в которую помещают перемешанную с песком смолу (2). В ампулу помещают две стеклянные трубки с отвердителем (3) и ускорителем (4).

Конструкции анкеров на пласторастворах

Рис. 1.41 – Конструкции анкеров на пласторастворах

Ампула на основе эпоксидных смол (рис. 1.41, б) состоит из полиэтиленовой оболочки (1) в которую помещают перемешанную эпоксидную смолу с заполнителем (2). В ампулу помещают одну стеклянную или полиэтиленовую трубку, в которой находятся вместе отвердитель и ускоритель (3).

Ампула с закрепляющим составом на основе смолы ФРА и ФФ-1Ф (рис. 1.41, в) состоит из полиэтиленовой оболочки (1), разделенной продольной перегородкой (4) на две полости, в одну из которых помещают смолу с песком (2), в другую – отвердитель с песком (3).

Длина ампулы 300–350 мм и более, а диаметр 23–36 мм в зависимости от диаметра шпура. Металлические стержни диаметром 18–25 мм изготавливают из стали периодического профиля или из круглой стали, но с шероховатой поверхностью для лучшего сцепления с закрепляющим составом. Обычно концу стержня, вводимому в шпур, придается долотообразная форма или форма в виде «ласточкина хвоста», необходимая для разрыва оболочки ампулы и лучшего перемешивания ее содержимого при установке анкера; другой конец имеет резьбу длиной 120–150 мм под гайку и выполняется в виде хвостовика.

Технология установки такой анкерной крепи следующая: забойником ампулы посылают до дна шпура, затем вводят армирующий стержень. При вращении стержня (электросверлом или перфоратором) оболочка ампулы разрывается и смола смешивается с отвердителем и другими составляющими. Надетая на штангу уплотнитёльная манжета предотвращает вытекание раствора из шпура. По сравнению с замковой анкерной крепью эта крепь имеет следующие достоинства: высокую прочность закрепления в самых различных грунтах (закрепление происходит по всей длине шпура или значительной ее части, что обеспечивает высокую несущую способность анкера), простоту конструкции и технологии установки. Недостатки: необходимость заводского изготовления, сложность транспортировки хрупких ампул, пока что высокая стоимость синтетических смол.

Набивной железобетонный анкер (рис. 1.42) наиболее прост – он состоит из стержня (1), изготовленного из арматуры периодического профиля и забитого в шпур диаметром 42–46 мм, предварительно заполненный цементно-песчаным раствором (2). Нижний конец стержня имеет отверстие (3) для подвески защитной сетки.

Конструкция набивного железобетонного анкера

Рис. 1.42 – Конструкция набивного железобетонного анкера

Набивные железобетонные анкеры просты не только по конструкции, но и по технологии установки и рекомендуются для широкого применения. Рост прочности закрепления железобетонного анкера должен опережать процесс деформации закрепляемых грунтов, поэтому, как правило, в этом случае следует применять быстротвердеющие растворы, которые обеспечивали бы работу железобетонного анкера уже через 4–6 ч после установки. В качестве быстротвердеющего применяется раствор следующего состава: глиноземистый цемент M400-5G0 и песок в соотношении 1:1 по массе, а также вода (водоцементное отношение В/Ц = 0,4÷0,45) с добавкой 5–6% хлористого кальция (от массы цемента). В устойчивых грунтах применяют обычные растворы такого состава: глиноземистый цемент М400-500 и песок в соотношении 1:1 (по массе), В/Ц = 0,4÷0,45 с добавкой 3% хлористого кальция.

Предварительно напряженные анкеры применяют для крепления выработок большого поперечного сечения (шириной более 10 м и на глубину более 5 м) в трещиноватых грунтах f ≥ 2. Установка анкеров должна производиться при температуре воздуха в тоннеле и цементно-песчаного раствора не ниже 5 °С.

Предварительно напряженный анкер (рис. 1.43) состоит из стального стержня (2), который после предварительного напряжения омоноличивают нагнетанием в скважину диаметром 105 мм раствора (3), манжеты (1) с направляющими полозками, обсадной трубы (4), опорной подушки (5), плиты оголовка (6), опорной плиты (7), анкерной гайки (8) и хвостовику (9) с резьбой. Для омоноличивания анкера приготавливают раствор из следующих материалов: сульфатостойкий портландцемент марки не ниже 400, песок с модулем крупности не более 2,5 и не менее 1,8 и вода. Цемент и песок вводятся в соотношении 1:0,5 (по массе). Содержание воды в растворе принимается таким, чтобы смесь обладала подвижностью 11–12 см.

Конструкция предварительно напряженного анкера

Рис. 1.43 – Конструкция предварительно напряженного анкера

Операции по установке анкера про изводятся в следующем порядке: сначала чэмоноличивается замковая часть анкера, которая ограничивается манжетой, а потом после набора бетоном 50% прочности омоно-личивается остальная часть анкера (вторичное нагнетание). Натяжение анкерного стержня следует производить не позднее 1 часа с момента окончания вторичного нагнетания.

Параметры анкерной крепи. К основным параметрам анкерной крепи относят длину анкера, предельное расстояние между анкерами, расчетную нагрузку на анкер и диаметр стержня анкера.

Расчет крепления тоннеля металлическими клинощелевыми анкерами производится следующим образом:

1. Общая длина анкера, м,

lобщ = lp+lз+lk,

где lр – расчетная длина анкера; lз – длина замковой части; lk – длина концевой части, выступающей в выработку.

Значения lз и lk принимают в зависимости от типа замка и конструкции крепления подхвата (для клинощелевых анкеров длина замковой части принимается не менее 20 см), а lр, м, определяют по следующей формуле:

24032014_f4

где L – ширина выработки; f – коэффициент крепости грунта; Kт – коэффициент учета трещиноватости массива, принимаемый по таблице 1.5.

Таблица 1.5

24032014_t4

2. Предельное расстояние между анкерами по прочности закрепления замка

24032014_f5

где N – расчетная прочность закрепления в грунтах f = 6÷10 принимается по таблице 1.6; γ – плотность грунта, т/м3.

Таблица 1.6

24032014_t5

Для крепления запрещается применять анкеры длиной менее 1 м с прочностью закрепления менее 40 кН.

С целью исключения возможности вывалов грунта должно быть выполнено условие

a ≤ lp

В сильнотрещиноватых грунтах а уменьшают до 0,5 lр.

3. Расчетная нагрузка на анкер

P = 1,5a2lp,

где 1,5 – коэффициент перегруза.

4. Диаметр стержня анкера, см,

24032014_f6

где Rа – расчетное сопротивление стержня, МПа, принимается по таблице 1.7.

Таблица 1.7

24032014_t6

Набрызгбетонная крепь

Такая крепь возводится в горных выработках без применения опалубки. Толщина набрызгбетонной крепи колеблется от 5 до 20 см, а в отдельных случаях и более в зависимости от условий применения. Основными критериями применения набрызгбетонной крепи является устойчивость обнаженного грунтового массива и величина сцепления набрызгбётона с грунтовым основанием.

Крепь из набрызгбётона применяют самостоятельно в среднеустойчивых и устойчивых грунтах f > 4. Во всех случаях величина сцепления набрызгбётона (в возрасте 28 суток) с грунтом должна быть не менее прочности самого грунта на разрыв (для слабых или сильнотрещиноватых грунтов) или не менее 0,5 МПа для крепкой скалы. Применение набрызгбетонной крепи в более слабых грунтах допускается при соответствующем обоснований натурными исследованиями на опытных участках.

Набрызгбетонная крепь должна применяться в виде одно- или многослойного покрытия свода и стен тоннельной выработки. В зависимости от степени устойчивости выработки покрытия следует наносить сразу после разработки грунта в забое или на некотором расстоянии от него. При проектировании временной крепи должно быть установлено количество слоев набрызгбетонного покрытия.

В трещиноватых полускальных или скальных грунтах следует применять набрызгбетонное покрытие совместно с металлической сеткой, имеющей ячейки размером не менее 100×100 мм (при толщине до 7 мм), которая крепится монтажными анкерами.

Набрызгбетон может применяться также в горных выработках для ремонта или усиления монолитной бетонной обделки. При этом технологические особенности нанесения набрызгбетона позволяют в большинстве случаев произвести ремонт обделки без прекращения эксплуатации тоннеля. Возможно применение набрызгбетона в качестве межарочного ограждения выработок при их креплении металлическими или железобетонными арками, а также для создания покрытий (гидроизоляционных, огнестойких, газонепроницаемых и др.) и снижения шероховатости необлицованных выработок в целях уменьшения их аэродинамического сопротивления.

Материалы для набрызгбетона. Набрызгбетон представляет собой высокопрочный быстротвердеющий бетон, получаемый в результате нанесения сжатым воздухом смеси цемента, песка, гравия (щебня), воды и, как правило, добавок-ускорителей схватывания и твердения. В качестве вяжущего вещества рекомендуется применять различные портландцементы свежего помола и специальные быстросхватывающие цементы. Марка цемента должна быть не ниже 400. Цементы должны обеспечивать заданные сроки схватывания и твердения при температуре окружающей среды. Эффективно применение специальных быстросхватывающих, быстротвердеющих высокомарочных цементов (М400, М500), например, цемента Днепродзержинского цементного завода, который не требует введения в смесь ускорителей схватывания и позволяет наносить покрытие в один прием толщиной 20 см на стенки и 10 см на кровлю выработки, а также снизить потери материала («отскок») до 7–8%.

При наличии агрессивной среды  цемент следует выбирать в соответствии с указанием главы СНиП по защите строительных конструкций от коррозии. В условиях пониженных температур целесообразно использовать глиноземистый цемент.

Песок необходимо применять с зернами крупностью 1–5 мм, чистый, без примеси глинистых частиц. Предпочтительно применение крупно- и среднезернистых песков.

Крупность щебня и гравия не должна превышать 25 мм. Марка гравия или щебня по прочности материала должна превышать в 1,5–2 раза марочную прочность бетона.

Оптимальный расход цемента на бетонной смеси находится в пределах 250–350 (до 400) кг при соотношении компонентов ц:п:щ:1:2:1. В/Ц = 0,40÷0,45.

В качестве добавок-ускорителей схватывания и твердения при применении цементов с обычными сроками схватывания используют фтористый натрий, хлористый кальций, жидкое стекло и другие добавки в количествах от 3 до 10% массы цемента. Приемлемыми сроками схватывания для набрызгбетона с применением добавок следует считать: начало – до 2 мин, конец – 10 мин.

При температуре +5°С и ниже в состав сухой смеси или в воду вводят противоморозные добавки – поташ К2СО3, смесь поташа с тринатрийфосфатом Nа3PO4 и т. п.

Подбор состава набрызгбетона и расчет набрызгбетонной крепи следует производить в соответствии с Инструкцией по применению анкеров и набрызгбетона в качестве временной крепи выработок транспортных тоннелей (ВСН 126-78).

Рассчитанный теоретически состав набрызгбетона необходимо откорректировать по величине отскока путем проведения контрольных нанесений материала на стенки и на свод выработки. Величина отскока не должна превышать 15% массы сухой смеси при нанесении на стенки выработки и 20% при нанесении на свод.

Прочностные показатели набрызгбетона зависят главным образом от активности цемента и добавки ускорителя, водоцементного отношения, сроков схватывания и твердения бетона, а также качества нанесения покрытия.

К достоинствам набрызгбетонной крепи относят: отсутствие опалубки; непрерывность и высокую степень механизации процесса возведения крепи; заполнение под давлением бетонной смесью трещин в грунтовом массиве, что позволяет отказаться от нагнетания цементно-песчаных растворов за обделку; меньшую трудоемкость по сравнению с возведением обычной монолитной бетонной крепи с применением опалубки; создание плотного водонепроницаемого покрытия.

Недостатками набрызгбетонной крепи являются: значительные потери (отскок) бетонной смеси при нанесении ее на стенку и кровлю выработки; высокая запыленность рабочего места в процессе нанесения бетонной смеси; повышенные требования к компонентам набрызгбетона. Кроме этого, регулировка подачи набрызгбетонной смеси производится вручную и контролируется визуально, поэтому качество крепи в значительной степени зависит от квалификации оператора.

Конструкции набрызгбетонной крепи. В зависимости от горно-геологических условий применяют следующие конструкции набрызгбетонной крепи: изолирующую, сплошную, арочную и комбинированную.

Изолирующая набрызгбетонная крепь наносится в виде тонкого покрытия по всей поверхности выработки. Она повторяет очертание выработки с той только разницей, что в местах углублений толщина слоя больше, а на выступах меньше. Толщина слоя колеблется от 3 до 7 см и определяется опытным путем. Применяется в монолитных или слаботрещиноватых скальных грунтах.

Для выработок, пройденных в трещиноватых скальных и полускальных грунтах, когда на крепь передаются нагрузки от горного давления, применяют сплошную набрызгбетонную крепь значительной толщины (до 25–30 см).

Толщину сплошной крепи, имеющей правильную форму, определяют в зависимости от величины действующего горного давления.

Арочная набрызгбетонная крепь образуется путем нанесения на поверхность выработки набрызгбетонного покрытия переменного сечения (рис. 1.44). Такая крепь применяется в скальных и полускальных грунтах с различной степенью трещиноватости. Арки толщиной до 20–30 см устанавливаются обычно в местах повышенной трещиноватости для восприятия горного давления. Пространство между арками для предохранения выветривания грунта и локальных вывалов покрывается слоем набрызгбетона толщиной 5–10 см. Расстояние между отдельными арками устанавливается в зависимости от конкретных геологических условий. При ведении взрывных работ арки сооружают на расстоянии 10–15 м от забоя. По сравнению со сплошной арочная набрызгбетонная крепь дешевле, но сооружение ее сложнее.

Арочная набрызгбетонная крепь

Рис. 1.44 – Арочная набрызгбетонная крепь

В сочетании с другими видами крепи набрызгбетон за счет изоляции грунтов от воздействия подземной атмосферы и образования грузонесущей системы «крепь-грунт» улучшает условия работы этих крепей, обеспечивая их высокую несущую способность и более длительную и надежную сохранность выработок.

Комбинированную крепь из набрызгбетона и анкеров наиболее целесообразно применять в выработках, пройденных в крупноблочных грунтах или грунтах, разбитых крупными горизонтальными или слабонаклонными трещинами.

При сочетании анкеров и набрызгбетона наиболее полно используются высокая механическая прочность анкеров, которые как средство поддержания горных выработок отличаются высокой несущей способностью, и изолирующие свойства набрызгбетона. В этой комбинированной крепи, как правило, анкеры предназначаются для восприятия горного давления, а слой набрызгбетона – для предохранения локальных вывалов грунта между анкерами и как изолирующее покрытие. Толщина слоя набрызгбетона и параметры анкерной крепи определяются расчетом.

В сложных горно-геологических условиях комбинированная крепь может быть следующая (рис. 1.45): набрызгбетон (1), анкеры (2) и металлическая сетка (3).

Комбинированная набрызгбетонная крепь из анкеров и металлической сетки

Рис. 1.45 – Комбинированная набрызгбетонная крепь из анкеров и металлической сетки

Технология возведения такой комбинированной крепи следующая: наносят первый слой набрызгбетона, которым производится некоторое выравнивание поверхности выработки. После твердения первого слоя бурят шпуры, в которые устанавливают анкеры. На выступающие из шпуров концы анкеров навешивают металлическую сетку, а затем повторно наносят слой набрызгбетона до полного закрытия сетки.

В грунтах, подверженных интенсивному выветриванию, набрызгбетонное покрытие следует создавать как можно ближе к забою, применяя быстротвердеющие цементы или обычные цементы с ускорителями твердения.

Комбинированная крепь из набрызгбетона и металлических арок применяется в слабых и сильнотрещиноватых грунтах. В этом случае выработка сначала крепится металлическими арками, а затем наносится набрызгбетонное покрытие, которое выполняет роль затяжки. В результате этого обеспечивается плотный контакт металлических профилей с грунтом, повышается несущая способность крепи.

Значительный опыт использования металлической арочной крепи в сочетании с набрызгбетоном накоплен на шахтах и выработках горнодобывающей промышленности.

Армированная крепь из набрызгбетона может применяться в сильнотрещиноватых скальных и полускальных грунтах. В качестве арматуры используется металлическая сетка, которая укладывается на выравнивающий слой набрызгбетона и крепится к грунту короткими монтажными анкерами, а также металлические стержни-фибры (размером от 0,5 до 3 см), вводимые в бетонную смесь. Набрызгбетон с фибрами (фибронабрызгбетон) обладает повышенной трещиностойкостью и хорошим сопротивлением на растяжение, что позволяет говорить о целесообразности применения такой крепи в слабоустойчивых грунтах и в условиях сурового климата, т. е. там, где возможно появление в крепи значительных растягивающих напряжений.

Нанесение набрызгбетона. Оборудование для нанесения набрызгбетона состоит из смесителей, обеспечивающих приготовление и перемешивание сухой смеси; дозирующих устройств; машины для нанесения набрызгбетона; перегружателей для подачи сухой смеси в машину; устройства для механизации нанесения смеси и обеспечения безопасности ведения работ.

Для приготовления сухой смеси используются смесители (растворо- или бетономешалки) любых типов (С-220А, С-399, С-693, С-739), обеспечивающие непрерывную работу машины для нанесения набрызгбетона. Предпочтение следует отдавать смесителям принудительного действия (О632-09 и С-868). Дозирование сухой смеси производится либо по объему, либо по массе с помощью специальных емкостей.

Нанесение набрызгбетона осуществляется специальными машинами, которые подразделяются на камерные (рис. 1.46, а), роторные (рис. 1.46, б) и шнековые с вертикальной (рис. 1.46, в) и горизонтальной (рис. 1.46, г) подачами смеси в нагнетательную камеру. Для загрузки в машину перемешанной сухой смеси используются перегружатели различных типов (конвейер С-382, транспортер Т-44, элеватор Т-50 и др.).

Основные типы машин для нанесения набрызгбетона

Рис. 1.46 – Основные типы машин для нанесения набрызгбетона: 1 – загрузочный бункер; 2 – рабочая камера; 3 – тарельчатый дозатор; 4 – барабан с цилиндрическими ячейками; 5 – рыхлитель; 6 – шнек; 7 – нагнетательная камера

При возведении набрызгбетонной крепи применяют комплекс оборудования, позволяющий механизировать работы по приготовлению, транспортировке, подаче смеси к соплу и нанесению ее на стенки и кровлю выработки. Так, в комплекс оборудования для возведения набрызгбетонной обделки в однопутном железнодорожном тоннеле входят (рис. 1.47) передвижная тележка (8), набрызгбетономашина (5), смеситель (4), бак для воды (6), кран-укосина (2), тележка с контейнерами (1), скиповый (ковшовый) подъемник (3), передвижные подмости (7).

Комплекс оборудования для возведениия набрызгбетонной крепи в однопутном железнодорожном тоннеле

Рис. 1.47 – Комплекс оборудования для возведениия набрызгбетонной крепи в однопутном железнодорожном тоннеле

Комплекс оборудования следует составлять в зависимости от конкретных условий производства. Так, для однопутных тоннелей небольшого сечения нанесение набрызгбетона обычно производится вручную с передвижных подмостей (3) (рис. 1.48, а), а комплекс оборудования состоит из набрызгбетономашины (4) со скипом и перегружателем (5). Сухая смесь приготавливается и доставляется к рабочему месту автобетоносмесителем (6). Необходимо предусмотреть свободное пространство (8) для размещения самосвального автопоезда (МоАЗ). Сначала наносится первый слой (1) набрызгбетона толщиной 30–50 мм, а затем второй слой (2) с доведением общей толщины до 150–200 мм.

Схема размещения оборудования для устройства обделки из набрызгбетона

Рис. 1.48 – Схема размещения оборудования для устройства обделки из набрызгбетона

Для двухпутных железнодорожных и автодорожных тоннелей (рис. 1.48, б) целесообразно нанесение набрызгбетона производить механизированным способом с помощью установки (9) (УСМ-2). При ведении работ по набрызгбетону необходимо обеспечивать хорошую вентиляцию тоннеля. Для этого в верхней части, тоннеля прокладывают вентиляционную трубу (7).

Подготовка поверхности выработки к нанесению набрызгбетона заключается в очистке ее от отслаивающегося грунта и в промывке струей воды.

При наличии течей воду отводят по трубкам диаметром 12–19 мм, установленным в пробуренные шпуры глубиной 10–20 см.

Технология работ по возведению набрызгбетонной крепи следующая (рис. 1.49): цемент и инертные заполнители (песок, щебень) перемешиваются в сухом виде в бетономешалке и загружаются в машину для набрызгбетона. Сухая смесь сжатым воздухом транспортируется от машины по шлангу (1) в сопло-смеситель (2), куда по шлангу (3) поступает вода. Влажная бетонная смесь (4) с большой скоростью выходит из сопла-смесителя и наносится равномерным слоем (5) толщиной 5–7 см на поверхность выработки (6).

Схема нанесения набрызгбетона на скальную поверхность

Рис. 1.49 – Схема нанесения набрызгбетона на скальную поверхность

В технологическом процессе объединяются приготовление и затворение смеси, перемешивание, транспортировка, укладка и уплотнение бетонной смеси. При нанесении бетонной смеси важное значение имеет водоцементное отношение (В/Ц = 0,4÷0,5) и расстояние от сопла до поверхности грунта (0,9–1,2 м). Набрызгбетон следует наносить равномерно снизу вверх участками длиной от 50 до 200 см. Максимальная толщина слоя, наносимого за один прием, не должна превышать: при применении быстротвердеющих смесей 10 см для стен и 7 см для свода выработки; при применении смесей без добавок-ускорителей – 7 и 5 см соответственно для стен и свода.

Качество набрызгбетонного покрытия контролируется путем замеров толщины наносимого слоя и потерь материала в виде «отскока», а также наружным осмотром и простукиванием молотком. Глухой звук указывает на неплотное прилегание покрытия к грунту. В этом случае отслаивающаяся крепь должна быть обобрана и восстановлена повторным набрызгом.

Работы по временному креплению выработок должны выполняться под руководством представителя технического надзора в соответствии с действующими Правилами техники безопасности на строительстве метрополитенов и тоннелей и согласно требованиям главы СНиП по технике безопасности в строительстве.

Рабочие и инженерно-технический персонал, выполняющие работы по возведению временной крепи, должны быть ознакомлены с ее конструктивными особенностями и паспортом крепления под расписку.


© 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