Проектирование технологии строительства

Подземных сооружений

Технология в общем смысле – это порядок и приемы выполнения работ. Такое понимание вполне применимо и к рассматриваемым вопросам, в том числе к разработке ППР. Принятые в ПОС прогрессивные решения реализуются в виде эффективных технологий. При этом проектирование технологических цепочек ведут в обратном направлении, т.е. от забоя к поверхности.

Проект проходки ствола обычным способомразрабатывают в следующем порядке:

· выбирают рациональную для заданных условий технологическую схему и комплекс проходческого оборудования забоя;

· проектируют технологию работ по процессам, рассчитывают комплексную норму выработки, подбирают состав проходческой бригады, определяют продолжительность проходческого цикла и строят график организации работ в забое;

· рассчитывают техническую скорость проходки ствола, уточняют возможную производительность труда проходчиков и определяют полную стоимость 1 м ствола;

· проектируют оснащение поверхности ствола, рассчитывают подъем, транспорт породы на поверхности, вентиляцию, водоотлив, снабжение сжатым воздухом, освещение, сигнализацию и связь;

· разрабатывают мероприятия по безопасному производству работ.

Технические скорости проведения стволов буровзрывным способом следует принимать не ниже нормативных (для вертикальных стволов 55 м/мес., для наклонных 50 м/мес.). При проектировании стволов в породе f > 7, а также при специальных способах нормативную скорость проходки допускается уменьшать на 25 %.

Проектирование проходки ствола заканчивается составлением объектной сметы и подсчетом технико-экономических показателей: скорости проходки, производительности труда, полной стоимости проходки 1 м ствола. К проекту прилагают чертежи продольного разреза по стволу с размещением всего комплекса проходческого оборудования, поперечного сечения ствола на период его эксплуатации, а при необходимости также паспорт буровзрывных работ с расположением шпуров в двух проекциях.

После выбора схемы строительства ствола и детальной разработки технологии его проходки составляют проект проходки технологического отхода (участка) ствола, необходимого для размещения комплекса стволового проходческого оборудования. технологический отход часто бывает глубже устья и зависит от схемы проходки ствола и применяемого оборудования. При совмещенной схеме и комплексах КС-2у и 2КС-2у эту глубину принимают до 30 м, а при параллельно-щитовой схеме с соответствующим проходческим оборудованием – до 50 м. Основные задачи проекта следующие:

· разработка схемы проходки этой части ствола с соответствующим оснащением поверхности и забоя;

· определение объема работ и состава бригады;

· подбор оборудования для оснащения поверхности и составление ситуационного плана его размещения с учетом расположения оборудования для проходки самого ствола;

· построение линейного или сетевого графика проходки технологического отхода с учетом подготовительных работ, оснащения и технологических перерывов (например, монтаж нулевой рамы и др.);

· составление объектной сметы на строительство технологического отхода и определение технико-экономических показателей.

В состав проекта по армированию вертикальных стволов входят: установка расстрелов, навеска проводников, устройство и обшивка лестничных отделений, монтаж трубопроводов, монтаж несущих конструкций (кронштейнов или скоб для закрепления кабелей и трубопроводов, компенсаторов, посадочных балок, рам под подъемные сосуды и др.), схема производства работ по испытанию смонтированной армировки под нагрузкой.

Технические скорости армирования стволов принимают не менее нормативных, м/мес.: установка расстрелов и навеска жестких проводников – 300; навеска канатных проводников (в одну нитку) – 5000; прокладка трубопроводов (в одну нитку) – 2000.

Вертикальные стволы на различной глубине сопрягаются с вентиляционными и кабельными каналами, горизонтальными выработками и камерами. Объемы сопряжений по сравнению с объемами стволов невелики, однако вследствие большой трудоемкости работ рассечка сопряжения занимает 1-3 мес. Затраты труда на 1 м³ сопряжения в 10-12 раз больше, чем на проходку 1 м³ ствола. Технические скорости проходки околоствольных выработок в свету следует принимать не ниже 400 м³/мес.

В водонасыщенных неустойчивых, а также в обводненных скальных породах для проходки стволов применяют специальные способы.

Прогрессивным способом строительства вертикальных шахтных стволов является бурение. Его используют при отсутствии в геологическом разрезе карстовых пустот, значительной трещиноватости и других геологических нарушений, вызывающих поглощение промывочного раствора. Для бурения стволов в устойчивых и неразмокающих породах в качестве промывочной жидкости используют воду, а в устойчивых водонасыщенных, трещиноватых и кавернозных породах – химически обработанные глинистые растворы с минимальной водоотдачей.

В проекте на бурение ствола в зависимости от характера пород, диаметра и глубины ствола, степени его искривления принимают один из следующих способов возведения обделки: погружной, секционный или комбинированный. Тампонаж закрепного пространства при бурении стволов предусматривают в два приема: первичный и контрольный.

Сводный проект по строительству ствола включает всю графическую и текстовую документацию, относящуюся к порядку проектирования его проходки в обычных условиях, а также отдельные проекты, составленные на проходку участков ствола специальными способами. В заключение составляют сводный график строительства ствола.

Горизонтальные выработки в большинстве случаев являются основными частями подземного сооружения. Самыми распространенными представителями протяженных горизонтальных выработок являются тоннели (транспортные, гидротехнические, коллекторные и т.п.) и штольни, используемые в качестве подходных или вспомогательных выработок. К классу горизонтальных выработок относятся также подземные камеры – выработки, имеющие сравнительно большое поперечное сечение по отношению к своей длине (камеры насосных станций, затворов, трансформаторов, подземных бассейнов, машинных залов ГЭС, емкостей, монтажных камер и т.п.).

Исходными данными для проектирования технологии 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, гидротехнические и физико-механические данные о пересекаемых породах; заданная или нормативная продолжительность строительства выработки.

Для проведения тоннелей в зависимости от размеров и формы поперечного сечения, а также инженерно-геологических условий применимы разные способы: сплошного забоя, уступный и с поэтапным раскрытием профиля, опертого свода, опорного ядра и т.п. Способ проведения выработки и средства механизации выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

При проектировании проведения выработок протяженностью более 300 м и невозможности бурения по трассе подземного сооружения достаточного числа разведочных скважин предусматривают проведение опережающей штольни на всю длину в пределах поперечного сечения выработки или вне его.

Способ сплошного забоя рекомендуется принимать для проведения выработок высотой до 10 м с монолитной обделкой в скальных породах с f ³ 4. Временное крепление выработки при проведении в скальных монолитных (невыветрелых) породах с f ³ 12 не предусматривается, а в скальных трещиноватых (выветрелых) породах временная крепь обязательна.

Уступный способ принимают для проведения выработок высотой больше 10 м в скальных породах с f ³4 и высотой меньше 10 м в скальных породах с f = 2¸4. Обычно используют схему с нижним уступом.

Верхнюю часть сечения тоннеля при уступном способе проводят способом сплошного забоя. Его высоту принимают от 3 до 4 м с учетом размещения на нем обычного горно-проходческого оборудования и возведения свода при минимально допустимой высоте.

Нижняя часть сечения выработки при высоте больше 10 м проводится методом ступенчатого забоя или по ярусам, высота которых не должна превышать 10 и 5 м при f ³ 12 и 4 £ f < 12 соответственно.

Способы опертого свода или опорного ядра пригодны для коротких (до 300 м) выработок большого сечения при слабоустойчивых породах, требующих поэтапной разработки породы в сечении с одновременным временным креплением и последующим секционным возведением постоянной крепи (обделки).

Щитовой способ принимают в проектах на проведение протяженных (больше 150¸200 м) выработок в неустойчивых нескальных породах, а также в скальных выветрелых породах с большим горным давлением, требующих возведения обделки вслед за подвиганием забоя. Особенно широко щитовой способ используют в проектах на проведение перегонных тоннелей метрополитена и городских коллекторов в сочетании со сборной или монолитно-прессованной бетонной обделкой.

Проведение станционных тоннелей метро также можно проектировать щитовым способом. Однако в связи с небольшой их протяженностью (120-160 м), необходимостью сооружения монтажных и демонтажных щитовых камер, значительной стоимостью и продолжительностью монтажа и демонтажа проходческих щитов на проведении станционных тоннелей чаще применяют бесщитовую (эректорную) проходку.

Строительство камер высотой больше 10 м с обделкой предусматривают в следующем порядке: проводят сводовую часть выработки и возводят обделку свода, затем разрабатывают основной массив породы (ядро) камеры и возводят обделку стен.

Сводовую часть камеры пролетом до 20 м в устойчивых скальных породах с f > 8, как правило, проводят на полное сечение. При пролете больше 20 м в устойчивых скальных породах и независимо от пролета в скальных породах средней устойчивости (f = 4¸8) проектируют, как правило, проведение сводовой части с опережением центральной части сечения.

В среднеустойчивых скальных и полускальных породах (f < 4) проведение сводовой части камерных выработок часто проектируют способом опертого свода. При недостаточных сведениях об инженерно-геологических условиях строительства предусматривают проведение разведочно-дренажной (направляющей) выработки на проектную длину камеры.

При строительстве тоннелей или штолен ниже уровня подземных вод или при наличии под выработкой напорного водоносного горизонта необходимы специальные способы: искусственное понижение уровня подземных вод, замораживание, тампонаж или, в крайнем случае, проведение выработок под сжатым воздухом.

При длине тоннелей больше 500 м эффективно и безопасно использование щитовых проходческих комплексов с грунто- или гидропригрузом забоя в разнородных обводненных разноустойчивых грунтах.

Для проведения тоннелей в осушенных песчаных, супесчаных и суглинистых породах под железнодорожными путями, автомобильными дорогами и другими инженерными сооружениями в целях уменьшения возможной их деформации или земной поверхности предусматривают способы продавливания обделки, или создания опережающего защитного экрана методом микротоннелирования с последующей проходкой тоннеля.

Для строительства подземных хранилищ жидкого топлива и газа используют в мощных соляных отложениях, помимо обычных горно-строительных методов, растворение солей через скважины для образования подземных полостей.

Проектирование проведения горизонтальной выработки включает разработку проектов проходки ее основной части, монтажной и демонтажной камер, технологического отхода и завершается составлением сводного графика строительства и таблицы технико-экономичес­ких показателей. При этом сравнивают возможные варианты проведения горной выработки, сроки проведения, трудоемкость и стоимость.

Длина технологического отхода, необходимого для монтажа и размещения проходческого оборудования, может достигать 20-70 м. В его проектирование входят: выбор и разработка схемы проходки с соответствующим оснащением поверхности и забоя, расчет технико-экономических показателей, составление графиков организации работ и оформление чертежей.

Сводный проект горно-проходческих работ включает все решения по этапам строительства припортальных, основных и завершающих участков, сопряжений, пересечений с другими выработками и т.п. Сводный проект должен содержать сведения об объемах, сроках и стоимости выполнения работ.

В сводном проекте на общей схеме трассы подземного сооружения в сочетании с ситуационным планом местности указывают расположение участков подземных и открытых работ, строительных площадок и мест отвалов породы. В проекте определяют расстановку применяемых механизмов на участках, сроки их эксплуатации, режимы и объемы работ специальными способами.

В состав проекта входят схемы расположения механизмов и оборудования для обслуживающих процессов и создания необходимых температурно-влажностных режимов на период монтажа оборудования и до сдачи в эксплуатацию.

В пояснительной записке к проекту производства работ 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 основных его параметров.

Открытый способ строительства подземных сооружений, при котором вскрытие выполняют котлованами или траншеями непосредственно с поверхности, обеспечивает возможность применения при выемке горных пород (грунтов) и возведения подземного сооружения комплексов высокопроизводительных машин и оборудования с поточной организацией строительных работ. Открытый способ используют при строительстве подземных сооружений любого назначения, закладываемых на небольшой глубине от поверхности земли под свободной от застройки территорией. Целесообразен открытый способ при строительстве станций метрополитена мелкого заложения и камер съездов, городских транспортных и пешеходных тоннелей, переходных участков от подземных линий метрополитена к наземным, при врезке горных тоннелей в пологие склоны и т.п.

В городских условиях, где трасса тоннеля метрополитена или коллектора пересекает жилые кварталы с большим числом зданий, сооружений и подземных коммуникаций, выбирают способ производства работ на основе технико-экономического сравнения вариантов. К недостаткам открытого способа строительства подземных сооружений относят:

· нарушение нормальной жизни города на длительный период;

· необходимость переноса значительной части инженерных сетей и коммуникаций, попадающих в зону производства работ;

· потребность в усилении фундаментов расположенных вблизи зданий и сооружений, а в некоторых случаях их сноса;

· устройство временных мостов через котлованы и водоотводов;

· значительные затраты материальных и трудовых ресурсов на восстановление дорожного полотна, коммуникаций, зеленых насаждений.

Выбор между котлованным и траншейным способами выполняют на основе технико-экономического сравнения вариантов. Если трасса проектируется по незастроенной территории или под широкой уличной магистралью, где тоннель занимает не всю ширину проезжей части или где целесообразно переключение движения городского транспорта на другую магистраль, возможно применение котлованов с естественными откосами пород.

В стесненных или неблагоприятных инженерно-геологичес­ких условиях применяют котлованы или траншеи с вертикальными стенами. Их устойчивость обеспечивают ограждениями разного вида: свайными, шпунтовыми, буросекущими сваями, «стеной в грунте» и т.п. Если перечисленные методы самостоятельно не решают задачу, их можно сочетать с искусственным замораживанием или тампонажем водоносных пород, водопонижением, устройством грунто-цементных завес и т.п.

При строительстве открытым способом перегонных тоннелей метро и других протяженных тоннелей высокие результаты могут быть получены при щитовом способе проходки со щитами прямоугольной формы и цельносекционной обделкой, возводимой при помощи подъемных кранов козлового типа. Применяемые при этом высокопроизводительные землеройные и другие машины и оборудование позволяют вести работы быстро и высокорезультативно, а поточная схема организации строительства и небольшая протяженность рабочего участка от головного до конечного пунктов (50-70 м) обеспечивают сравнительно быстрое восстановление нарушенной строительством территории города.