Расчет крепи из набрызг бетона

В практике современного тоннелестроения получил широое распространение набрызгбетон марок В-50, В-60, применяемый для временного контурного крепления, возведения постоянных подземных конструкций. Эту пластичную смес портландцемента ( обычно пуццоланового марки не ниже В-50) песка, гравия крупностью до 25-30 мм и ускорителя схватывания и твердения наносят на поверхность выработки с помощью специальных пневматических машин.

Набрызгбетон отличается от обычного бетона повышенным содержанием цемента (250-350 кг/м3 в сухой смеси и 300-450 кг/м3 в материале обделки с учетом частичного отскока песка и гравия и уплотнения смеси при нанесении), более тщательным подбором гранулометричесого состава заполнителей и технологией укладки, в процессе которой происходит интенсивное уплотнение набрызгбетона, обеспечивающее его значительное сцепление с поверхностью выработки.

Покрытие набрызгбетона толщиной 10-15 см обеспечивает надежное закрепление контура выработки, если грунт может оставаться неподдержанным в течение времени, нужного для нанесения и затвердения слоя. Быстрое закрепление кровли приостанавливает развитие в ней остаточных деформаций и рост горного давления и позволяет уменьшить толщину сооружаемой впоследствии постоянной обделки.

Через 3-4 ч после нанесения набрызгбетона возможно продолжение взрывных работ (его применение не замедляет скорость проходки)

Достоинства:

· отсутствие необходимости в опалубке

· отсутствие необходимости в последующем нагнетании цементного раствора.

Использование в качестве временной репи набрызгбетона допускается в грунтах с крепостьюf≥4. Более распространено нанесение набрызгбетона по сетке, подвешенной к анкерам ( в таком виде слой набрызгбетона допускается в качестве постоянной тоннельной обделки в скальных монолитных или слаботрещиноватых грунтах с крепостью f≥7 ) .Наличие сетки повышает несущую способность слоя на 30-40 %

Толщина набрызгбетонного покрытия может быть определена по формуле

-коэффициент, зависящий от крепости грунта и ширины пролета

расчетная интенсивность горного давления, кН/м2

коэффициент условий работы

расчетное сопротивление набрызгбетона растяжению

20. Способ сплошного забоя. Способ ступенчатого забоя. Область применения. Достоинства и недостатки.

Сплошной забой:При высоте тоннеля до 10м в устойчивых скальных грунтах с коэффициентом крепости не менее 4-6, применяют способ сплошного забоя. Раскрытие выработки производят в один прием с временной крепью (из-за трещиноватых грунтов), которую устанавливают после уборки взорванного грунта с буровой рамы, подтянутой к забою. Если грунт с крепостью блольше 12, то временная крепь не нужна.

4 этапа:

1)Обуривание забоя БВМ и установка анкеров (можно при помощи комбайнов как в нижнем уступе)

2) Уборка породы (адт-расстояние до отвала небольшое\мал тон или рельсовый тр-т-протяж т)

3) Возведение временной крепи

4) Установка арматурных сеток и бетонирование обделки

Область применения: безусловная устойчивость забоя без использования несущей забойной крепи, скальные грунты

+: простая и четкая организация работ, что приводит к снижению трудоемкости и высокие скорости проходки

-: необходимость проведения предварительных геологоразведочных работ по трассе тоннеля и повышенный расход ВВ ввиду одной обнаженной поверхности забоя.

Способ ступенчатого забоя.

При котором забой по вертикали делится на 2 части (ступени). Верхняя часть забоя (калотта) опережает нижнюю на величину 1-2 заходок (2-4 м). Такое деление забоя позволяет совместить бурение шпуров в одной ступени с погрузкой взорванной породы в другой. Отброс породы в верхней ступени для её погрузки в нижней ступени достигается силой взрыва. Крепление верхней ступени (калотты) производят анкерной, полигональной либо арочной крепью. Совмещение операций в тоннельном забое позволяет повысить производительность труда за счёт упрощения организации работ.

+:Таким образом, при способе ступенчатого забоя могут быть совмещены наиболее трудоемкие процессы — бурение и погрузка породы, благодаря чему сокращается время цикла и увеличивается скорость проходки. Работы сосредоточены на коротком участке и организуются по одной циклограмме. Расчленение забоя на две части обеспечивает его устойчивость в менее прочных породах, чем при способе сплошного забоя.

-: Недостатками способа ступенчатого забоя являются обуривание калотты и установка крепи без оборудования, способствующего ускорению этих процессов (например, без буровых подмостей). Этим определяются условия применения способа при отсутствии достаточных средств механизации, необходимых для применения более прогрессивного способа сплошного забоя, или в породах, где применение этого способа недопустимо вследствие недостаточной устойчивости забоя полной высоты. невозможность использования мощного проходческого оборудования, большая доля ручного труда, что снижает скорость проходки выработки, совмещение проходческих процессов на верхнем и нижнем горизонтах.

Способ нижнего уступа. Варианты способов бетонирования обделки. Область применения. Достоинства и недостатки.

При проходке тоннелей h>10 м в скальных грунтах с f>4 или h<10м и с f=2-4 – нижний уступ, при котором проходка калотты опережает проходку штроссы на 30-50м.

Отличием уступного способа от способа сплошного забоя является меньший объем бурения и меньший расход взрывчатых материалов, а также сложность организации работ по одновременной разработке двух забоев.

Опережающая калотта нужна для того, что если вдруг будет встреча с боле слабыми грунтами, есть возможность изменить весь производственный процесс без остановки работ.

Разработка верхней части – способ сплошного забоя, допускающий высокий уровень механизации(б. 20) (4 этапа: проходка, уборка, врем крепь, бетонир). Высота калотта не менее 4 м для оборудования и для бетонирования свода.

После уборки грунта оба забоя обуривают на следующую заходку.

Если тоннель небольшой, то помимо параллельной системы работ можно применять последовательную систему (сначала верхнюю калотту полностью, а потом уже штроссу)

Если тоннель протяженный, то параллельная разработка.

Способы бетонирования:

Последовательный- сначала обратный свод, затем стены и верхний свод обделки

Параллельный- сначала стены и свод, что позволяет сохранить нетронутые откаточные пути для вывоза породы из забоя выработки

Для Н.У. обделку обычно бетонируют целиком в удалении от уступа, определяемом удобством организации работ. С целью ее упрощения иногда проходят насквозь верхнюю часть выработки с закреплением арочной\анкерной крепью. Только после этого проходят штроссу и бетонируют обделку.

Область применения: скальные и полускальные грунты, с f=2..5. Для ад, жд.

+: 1) некоторая экономия ВВ по сравнению со сплошным забоем и возможность применения в слабых скальных грунта

2)высокая производительность труда; 3)большая безопасность работ; 4)наличие второй обнаженной плоскости в нижнем уступе облегчает буровзрывные работы и приводит к экономии взрывчатых веществ; 5)при разработке грунта в нижнем уступе совмещаются работы по бурению шпуров и погрузке грунта; упрощаются работы по возведению временной крепи и обделки в верхней части тоннеля.

-:1)Если параллельный способ, то усложнение организации работ, тк все делать надо на 2 фронта.

2)В связи с перекладкой( на время взрывания нижнего уступа) устройств, обеспечивающих переброску грунта на опережающего забоя к месту окончательной погрузки.

3)необходимость поддержания верхней крепи в месте уступа ( при арочной крепи необходимость применения разнотипного оборудования для верхнего и нижнего уступов; необходимость сооружения подъездных устройств на верхний уступ и дополнительный перегруз грунта с верхнего горизонта на нижний; увеличение общего времени строительства тоннеля.

Способ центральной штольни. Вариант способа со вспомогательной штольней. Область применения. Достоинства и недостатки.

Область применения:В крепких скальных породах, не требующих крепления до возведения постоянной обделки, в зарубежной практике применяют также способ центральной штольни.

Способ центральной штольни заключается в том, что в центре сечения тоннеля проходится опережающая штольня, из которой производится разработка основного сечения.

Работы начинаются с проходки в средней части тоннельного профиля штольни (1) (рис. 1.68, а) прямоугольного или сводчатого очертания. Размеры поперечного сечения штольни, расположенной по центру сечения сооружения или на уровне его подошвы, принимают исходя из габаритов проходческого оборудования и с учетом условий последующего бурения радиальных шпуров (2).

Схему организации работ применяют в двух вариантах:

1)передовую выработку (штольню) проходят на полную длину сооружения, а затем расширяют до проектного сечения основной выработки (см. рис. 1.68, а);

2)проведение передовой выработки и ее расширение выполняют одновременно, но с некоторым интервалом (рис. 1.68, б), при этом параллельно штольне(1) проходят в стороне от основного сооружения вспомогательную транспортную штольню (3) (располагаемую на одном уровне с центральной штольней), которую соединяют сбойками (4) через каждые 100–200 м с передовой выработкой.

Вспомогательная транспортная штольня принимается минимального сечения и проходка ее ведется значительно быстрее центральной. Транспортировка грунта из забоя центральной штольни производится через поперечные сбойки без всяких помех работам на участке тоннельного профиля. При большом опережении вспомогательной штольни могут быть открыты дополнительные забои по проходке центральной штольни.

Первый вариант применим при одиночных сооружениях, срок строительства которых допускает предварительное проведение передовой выработки на всю длину. В противном случае применяют второй вариант, который наиболее целесообразен при сооружении двух или нескольких основных сооружений (тоннелей).

По окончании проходки центральной штольни приступают к разработке тоннеля сплошным забоем. Для этого из штольни пробуривают шпуры (2) до контура выработки, располагая их веерообразными рядами через 0,6–1 м.

Взрывные работы ведут так, чтобы забой все время продвигался нависающим уступом. Шпуровые заряды взрывают рядами последовательно с миллисекундным замедлением, что улучшает эффективность взрывных работ, обнажая дополнительные плоскости, и предотвращает завал штольни взорванным грунтом.

Погрузку грунта в тоннельном забое производят высокопроизводительными погрузочными машинами или экскаваторами в большегрузные вагоны или автосамосвалы.

+: заключается в том, что он допускает комплексную механизацию всего производственного процесса сооружения тоннеля, что обеспечивает высокие скорости проходки.

-:относятся затруднительность хорошего оконтуривания основной выработки вследствие радиального расположения шпуров, усложнение и удорожание работ из-за проведения центральной штольни, а при втором варианте, кроме того, из-за проведения вспомогательной штольни и сбоек.