Конструктивные меры защиты подрабатываемых сооружений

Конструктивные меры защиты могут быть осуществлены как в период проектирования и строительства сооружений, так и непосредственно перед подработкой в период их эксплуатации.

Более эффективны меры, осуществляемые в период строительства. Однако вкладывать средства в мероприятия, которые окупятся через много лет, не всегда бывает выгодно. В ряде случаев целесообразнее провести ремонтно-восстановительные работы или применить более дорогие мероприятия в период эксплуатации сооружения.

Вопросы строительства сооружений на подрабатываемых территориях, в том числе и условия применения конструктивных мероприятий, регламентируются специальными нормативными документами, в частности, «Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М, Недра, 1981, 288 с.» и «Руководством по расчёту и проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. М, Стройиздат, 1983, 136 с».

Здания проектируют по жесткой, податливой и смешанной конструктивным схемам.

При проектировании по жесткой схеме предусматривают усиление здания железобетонными поясами и другими конструкциями, повышающими жесткость и прочность здания до состояния, при котором несущие конструкции смогут сопротивляться деформациям земной поверхности.

Проектирование по податливой схеме имеет целью придать зданию определенную гибкость с таким расчетом, чтобы оно вписывалось в мульду сдвижения и при этом в несущих конструкциях не возникало опасных напряжений. Гибкость зданий создают путем применения специальных шарнирных вставок и связей, нежестких междуэтажных поясов, широких проёмов и пр.

Для защиты таких зданий от горизонтальных деформаций земной поверхности между наземной и подземной частью создают обычно шов скольжения. При использовании принципа податливости предусматривают меры по обеспечению пространственной устойчивости каждого отсека здания.

При проектировании по смешанной конструктивной схеме применяют различное сочетание жесткой и податливой схем. Например, подземную часть принимают податливой, а наземную — жесткой и т. д.

Наиболее эффективным и широко применяемым мероприятием для защиты жилых и производственных зданий, ряда гидротехнических и других сооружений от вертикальных и горизонтальных деформаций основания является разрезка их на секции прямоугольной формы в плане путем устройства деформационных швов, которые устраиваются во всех несущих и ограждающих конструкциях.

Для эксплуатируемых зданий, построенных без специальных конструктивных мероприятий, применяют следующие меры защиты:

* разделение зданий на секции путем создания деформационных швов;

* усиление зданий тяжами, установленными на одном или нескольких уровнях по периметру стен;

* установка зданий на домкраты с подведением металлических или железобетонных обвязочных балок под наружные и внутренние стены;

* отрывка вокруг зданий компенсационных траншей, концентрирующих в себе основные виды деформаций с целью разрядки напряжений в зданиях;

* устройство железобетонных плит и поясов по грунту или на уровне перекрытия над подвалом;

* подведение железобетонных фундаментов;

* укрепление отдельно стоящих колонн и т. д.

Для уменьшения вредного влияния горных работ натехнологическое оборудованиеегоразрезают на отдельные блоки; предусматривают упругие связи или гибкие передачи между отдельными блоками и агрегатами; устанавливают оборудование на домкратах, позволяющих регулировать его положение при подработке; создают шарнирно-подвижные опоры и увеличивают площадь опорных плоскостей.

При проектировании трубопроводов различного назначения (газо-, водопроводов, канализации) в качестве мер защиты применяют:

засыпку трубопроводов грунтом, плохо сцепляющимся с трубопроводом (наиболее часто применяют песок или другие материалы, близкие по свойствам к песку);

устройство на поверхности трубопровода изоляции, уменьшающей коррозию металлических труб и снижающей сцепление с грунтом;

создание равнопрочных стыков;

установку сальниковых, П-об-разных и других компенсаторов.

Эффективным средством защиты является прокладка трубопроводов на поверхности земли на опорах различной конструкции.

Это мероприятие было применено, в частности, при строительстве канала Северный Донец—Донбасс, трасса которого проходит над горными выработками, в связи с чем часть его пропущена по трубам большого диаметра, уложенным на поверхности на специальных опорах, обеспечивающих возможность выравнивания и рихтовки трубопровода.

В отдельных случаях, чтобы избежать защемления труб грунтом, укладку трубопроводов (за исключением газопроводов) производят в каналах, выполняемых из сборных элементов небольшой длины, обладающих определенной гибкостью и подвижностью за счет компенсационных возможностей соединения стыков.

Защиту эксплуатируемых напорных трубопроводов (газо-, водо-, продуктопроводов и др.) осуществляют:

* вскрытием их с целью освобождения от защемления грунтом;

* усилением сварных стыков наваркой цилиндрических муфт;

* разгрузкой трубопроводов от напряжений посредством разрезки их автогеном и последующей вварки коротких вставок;

* установкой компенсаторов различных конструкций;

* кольцеванием и установкой задвижек.

При прокладке над горными выработками линий канализации трубопроводам задают избыточный уклон с таким расчетом, чтобы нормальная работа канализации сохранялась и после ее подработки.

В условиях крутого, складчатого и нарушенного залегания пластов, когда на земной поверхности образуются уступы, в местах пересечения линий канализации уступами целесообразно сооружать специальные колодцы. Для лучшей сохранности колодцев их следует располагать не непосредственно на уступах, а на расстоянии 0,5—1,0 м от них. Трубы в колодцах должны иметь перепад, равный ожидаемой высоте уступа, а конструкция колодца должна обеспечивать возможность подвижки труб в колодце на высоту перепада. В этом случае трубы после подработок займут положение, обеспечивающее нормальный ток жидкости.

Для обеспечения нормальной работы самотечных канализационных трубопроводов при подработке производят их регулярную прочистку и промывку и иногда подъем трубопровода на прежние высотные отметки для обеспечения нормальной работы.

Опоры подвесных дорог и высоковольтных линий электропередач, радио - и телевизионные вышки при необходимости укрепляют перед подработкой дополнительно растяжками. В отдельных случаях для выравнивания радио- и телевизионных вышек применяют поддомкрачивание и подклинивание. Такой способ был применен, в частности, при подработке телевизионной вышки в г. Донецке.

При подработке железных дорог производят выправление продольного и поперечного профиля путей, регулировку зазоров между рельсами, расширение насыпи и другие работы, необходимые для обеспечения безопасной и бесперебойной эксплуатации подрабатываемых дорог.

Особое место среди конструктивных мер занимают методы защиты вертикальных стволов в силу специфических условий их работы. Стволы находятся в массиве горных пород, непосредственно связаны с ним и деформируются не только из-за неравномерного сдвижения пород, но и вследствие перераспределения напряжений в массиве, вызванного как проходкой стволов, так и влиянием очистных работ.

Поэтому при проектировании конструктивных мероприятий необходимо предусматривать защиту стволов и от сдвижения горных пород и от перераспределения напряжений.

Конструктивные меры защиты стволов стали внедрять относительно недавно, поэтому опыт их применения еще невелик. Тем не менее эти меры безусловно найдут широкое применение в практике горного дела, поскольку традиционные методы защиты стволов предохранительными целиками при больших глубинах разработки пластов становятся нерациональными.

С увеличением глубины нагрузки на крепи стволов возрастают, одновременно повышается и степень их деформирования (в отличие от сооружений, расположенных на земной поверхности). Целики, построенные по углам сдвижения, оказываются недостаточными, а применение граничных углов ведет к увеличению потерь в целиках в 3—4 раза.

Поскольку наиболее распространенным видом деформирования стволов является изменение их длины (укорочение или удлинение), конструктивные меры направлены, прежде всего, на защиту крепи и армировки стволов от этого вида деформаций. С этой целью в крепи ствола устраивают горизонтальные осадочные швы, заполняемые податливым или малопрочным материалом, уменьшают трение и ослабляют связи между крепью и окружающими породами, применяют специальные крепежные материалы или конструкции, на стыках проводников устанавливают компенсирующие узлы податливости или сменные вкладыши.

Горизонтальные осадочные швы располагают в зоне максимальных вертикальных сжатий, в местах пересечения стволом слабых породных прослоев, угольных пластов или рудных жил, контактов пород разной прочности. В качестве податливых и малопрочных материалов при заполнении осадочных швов применяют деревянные доски и брусья, пустотелые блоки, крупнопористый и ячеистый бетон.

Трение уменьшают заполнением пространства между крепью и породой вязким или сыпучим материалом (битумом, асфальтом, шлаками, щебнем, и др.) или применением специальных антифрикционных покрытий.

Для компенсации деформаций вертикального укорочения или удлинения ствола применяют укороченные звенья проводников. При этом стыковку смежных звеньев производят так, чтобы один конец располагался на расстреле, а другой — в середине пролета между двумя смежными ярусами расстрелов. Типовые схемы конструктивных решений защиты жестких армировок стволов приведены в нормативных документах, например, во «Временных указаниях по проектированию, строительству и эксплуатации крепи и армировки вертикальных стволов угольных шахт в условиях влияния очистных работ», Л, 1972, 188 с.»

При наклонном и крутом падении пластов помимо вертикальных деформаций происходит изменение диаметра стволов, сдвиг поперечных сечений и срез крепи. Для защиты от этих видов деформаций применяют радиальные вертикальные податливые прокладки или специальные крепи, выдерживающие без разрушения изменение формы поперечного сечения; производят заполнение закрепного пространства сжимающимися или вязкими материалами. Иногда применяют также крепи из отдельных несвязанных элементов, из легких блоков на анкерах, штанговую крепь с сеткой и т. д.

Для обеспечения в период эксплуатации необходимых зазоров между крепью ствола, движущимися сосудами, армировкой и канатами при проектировании размеры и формы сечений стволов, а также расположение армировки и подъемных сосудов предусматривают с учетом предстоящих сдвижений массива пород. Обычно принимают схемы армировок с минимальным числом расстрелов и лунок за счет крепления части проводников к консолям и кронштейнам, с односторонним расположения проводников, а также путём применения проводников повышенной жесткости.