способ сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах

Формула изобретения

Способ сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах, включающий сооружение опережающей крепи в виде нарезанной по контуру забоя щели, заполненной бетонным раствором, под ее защитой монтаж постоянной обделки и разработку породы забоя, отличающийся тем, что щель с заданными параметрами нарезают секторами, поочередно с каждой стороны от центрального породного целика, с одной стороны от линии пят свода до целика, с другой от целика до линии пят свода, в нарезанную по обе стороны от целика щель со стороны щелережущего рабочего органа устанавливают разделительную, а по торцу щели торцевую пневмоопалубку, щель заполняют бетонным раствором, с интервалом времени, необходимым для схватывания бетона, нарезают щель в центральном породном целике и заполняют ее бетонным раствором, сооружая таким образом опережающую крепь с превышением ее контура обделки на величину монтажного зазора, под защитой ранее сооруженной опережающей крепи монтируют постоянную обделку, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона вновь сооруженной опережающей крепи, в верхней части забоя щелережущим органом разрабатывают породу на одну заходку, причем нарезание щели и разработку породы ведут щелережущим органом, установленным перед подачей на забой с заданным углом резания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сооружения тоннелей глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах и может быть использовано при строительстве метрополитенов, транспортных тоннелей и других подземных сооружений.

Известен способ сооружения тоннелей в слабоустойчивых грунтах с опережающим креплением, выполненным путем торкретирования нарезанной по контуру забоя щели, установки в начале заходки стальных арочных подхватов, разработки породы под защитой временной крепи и монтажа постоянной крепи.

Недостатками этого способа является низкая эффективность, необходимость установки арочных подхватов, сложность его реализации в выработках ограниченного объема, многоступенчатость, связанные с тем, что нарезание щели, разработка породы и монтаж постоянной обделки осуществляются отдельными механизмами баровым устройством для нарезания щели, отдельными механизмами для разработки породы, ее транспортировки и монтажа постоянной крепи. Для размещения этих механизмов требуется расстояние от лба забоя не менее чем полтора диаметра тоннеля, т. е. в данном случае не менее 16 м.

Известен способ сооружения тоннелей в слабоустойчивых грунтах, включающий нарезание щели по контуру забоя, заполнение ее бетонным раствором, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона под защитой временной крепи разработку породы и сооружение постоянной крепи.

Нарезание щели осуществляют гидромеханическим щелеобразным устройством на опоре, породу разрабатывают гидравлическим экскаватором, породу убирают транспортерами, монтаж постоянной крепи ведут крепеукладчиком с магазином сегментов, т. е. для реализации этого способа используют сложный и громоздкий проходческий комплекс. Недостатками этого способа являются недопустимо высокая энергоемкость, необходимость направлять гидроимпульсы в предварительно пробуренные шпуры, а не непосредственно на лоб забоя, невозможность реализации способа в выработках ограниченного объема, реализация способа только в крепких скальных грунтах, недостаточная его эффективность.

Известен способ сооружения тоннелей в слабоустойчивых грунтах, включающий одновременное прорезение щели и сооружение монолитной оболочки посредством базовой машины со стрелой и смонтированным на стреле щелепрорезным рабочим органом, в корпусе которого выполнен канал с соплами для подвода бетонного раствора.

Недостатками этого способа являются невозможность сооружения в прорезаемой щели однородной, без включений породы монолитной оболочки с требуемой высокой несущей способностью, необходимой для восприятия горного давления пород и предохранения проходчиков от обрушения пород при разработке и выемке ядра под прикрытием сооружений оболочки, поскольку при одновременном вращательном и поступательном движении, т. е. при резании боковой поверхностью, исполнительный орган не сможет выносить штыб грунта из щели, который будет осыпаться в щель из-за увеличения зазора между перемещаемым исполнительным органом и образующейся задней стенкой щели, а связующий раствор, подаваемый через сопла в исполнительном органе, будет распределяться радиально относительно трубы исполнительного экрана и связывать разрыхленную породу по всему сечению прорезаемой щели. В результате этого образованная неоднородная монолитная оболочка не обладает необходимой несущей способностью, технология выемки ядра породы под защитой сооруженной в щели оболочки не может быть применена, так как она будет раздавлена повышенным горным давлением в неустойчивых горных породах.

Кроме того, этим способом можно сооружать только короткие, равные длине исполнительного органа цилиндрические оболочки и при сооружении последующих цилиндрических оболочек обделки их стыки будут образовываться уступами (внахлестку), из-за чего с каждой последующей заходкой сечение тоннеля будет уменьшаться, что недопустимо по условию заданных габаритов сечения.

Целью изобретения является уменьшение осадок дневной поверхности, повышение эффективности способа, создание возможности для его реализации в выработках ограниченного объема.

Указанная цель достигается тем, что щель с заданными параметрами нарезают секторами, поочередно с каждой стороны от центрального породного целика, с одной стороны и от линии пят свода до целика, с другой от целика до линии пят свода, в нарезанную по обе стороны от целика щель со стороны щелережущего рабочего органа устанавливают разделительную, а по торцу щели торцевую пневмоопалубку, щель заполняют бетонным раствором, с интервалом времени, необходимым для схватывания бетона, нарезают щель в центральном породном целике и заполняют ее бетонным раствором, сооружая, таким образом, опережающую крепь с превышением ею контура обделки на величину монтажного зазора, под защитой ранее сооруженной опережающей крепи монтируют постоянную обделку, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона вновь сооруженной опережающей крепи, в верхней части забоя щелережущим рабочим органом разрабатывают породу на одну заходку, причем нарезание щели и разработку породы забоя ведут щелережущим органом, установленным перед подачей на забой с заданным углом резания.

Заявленный способ является новым, т. к. он не известен из уровня техники.

Заявленный способ имеет изобретательский уровень, т. к. он для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Заявленный способ является промышленно применимым, т. к. может быть использован для строительства тоннелей метрополитена, транспортных тоннелей и других подземных сооружений.

На чертеже изображен способ проходки тоннеля глубокого заложения в неустойчивых грунтах, устройство для его реализации и поперечное сечение выработки, закрепленной опережающей крепью 1 в виде нарезанной по контуру забоя щели заполненной бетонной смесью. Для создания опережающей крепи 1 по контуру забоя, секторами 2 поочередно с каждой стороны от центрального породного целика 3, с одной стороны от линии пят свода до целика 3, с другой - от целика 3 до линии пят свода, баровым устройством 4 нарезают за три заходки щель с заданными параметрами глубиной 1,3 2,5 м, шириной 0,1 0,2 м, под углом 9 15^o к продольной оси выработки, секторами по 1,6 3,2 м. Диапазон параметров щели и количество секторов определяется характеристиками грунта в конкретном случае грунта прочностью 2 5 МПа, сечением выработки, параметрами обделки и др.

Бар 4 перед подачей на забой устанавливают с заданным углом резания в данном случае 15^o к продольной оси выработки.

В нарезанную по обе стороны от целика 3 щель устанавливают со стороны бара 4 разделительную 5, а по торцу щели торцевую 6 пневмопалубку. Щель заполняют бетонным раствором.

С интервалом времени, необходимым для схватывания бетона в щели по обе стороны от породного целика 3 (практически это 20 40 мин) нарезают щель в центральном породном целике 3 и заполняют ее бетонным раствором.

Под защитой ранее сооруженной опережающей крепи 1 дуговым блокоукладчиком 7 монтируют постоянную сборную железобетонную обделку 8 свода.

Производят нагнетание раствора в зазор между блоками обделки 9 и монолитной опережающей крепью 1 и первичное обжатие блоков 8 верхнего свода домкратом "Фрейсине". Через 24 ч производят вторичное обжатие свода.

С интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона 200 кг/см², вновь сооруженной опережающей крепи 1, что реально составляет 6 8 ч, производят разработку верхней части забоя баровым устройством 4 на одну заходку. Крепят лоб забоя.

Разработку породы средней части забоя ведут отбойными молотками, нижнюю часть забоя разрабатывают комбайном.

На этом цикл сооружения верхнего свода среднего станционного тоннеля заканчивается.

Обратный свод сооружают по мере проходки среднего станционного тоннеля.

По сравнению с известными способами сооружения тоннелей глубокого заложения в неустойчивых грунтах предложенный способ обладает новыми свойствами.

Нарезание щели баром, установленным перед подачей на забой с заданным углом резания, обеспечивает исключительную точность резания, проектный контур.

Нарезание щели с заданными параметрами секторами, поочередно с каждой стороны от центрального породного целика с одной стороны от линии пят свода до целика, с другой от целика до линии пят свода, обеспечивает устойчивое состояние породного массива в кровле и лбе забоя, высокое качество опережающей крепи практически отсутствие деформации в ней, минимальные осадки дневной поверхности.

Установка в нарезанную по обе стороны от целика со стороны бара разделительной, а по торцу бара торцевой пневмоопалубки исключает попадание грунта в бетонную смесь, обеспечивает качественное выполнение опережающей крепи, ее однородный состав, исключение деформаций.

Монтаж постоянной крепи под защитой ранее сооруженной опережающей крепи с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона, обеспечивает эффективное и безопасное сооружение постоянной обделки и включение ее в работу до развития горного давления, снижает до минимума 5 мм осадки дневной поверхности.

Использование бара и для нарезания щели, и для разработки породы в верхней части забоя ускоряет сооружение тоннеля, повышает эффективность способа, обеспечивает возможность реализации малого сечения.

Измерение деформаций опережающей крепи и осадок дневной поверхности на опытном участке показали отсутствие деформаций опережающей крепи и осадок дневной поверхности.

Т. о. предложенный способ проходки тоннелей глубокого заложения в неустойчивых грунтах позволяет решить задачу по исключению деформаций опережающей крепи и сведению до минимума 5 мм осадок дневной поверхности, что имеет важное и актуальное значение, т. к. является радикальным мероприятием по сооружению тоннелей в неустойчивых грунтах и защите зданий и сооружений от вредного влияния осадок дневной поверхности.