способ сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах

Формула изобретения

Способ сооружения среднего тоннеля колонной станции 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 под защитой ранее сооруженной опережающей крепи с минимальным отставанием от забоя, определяемым временем надежной работы опережающей крепи, возводят постоянную монолитную бетонную обделку с возможностью совместной работы опережающей крепи и постоянной монолитной бетонной обделки на восприятие нагрузки и одновременного заполнения всех пустот за пределами контура постоянной монолитной бетонной обделки, образованных при сооружении опережающей крепи, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона вновь сооруженной опережающей крепи, в верхней части забоя разрабатывают породу на одну заходку, крепят лоб забоя, последовательно разрабатывают породу средней и нижней частей забоя, сооружают верхний свод тоннеля, обратный свод сооружают по мере проходки тоннеля, причем средний тоннель колонной станции сооружают посредством установленных на самоходной портальной раме устройства для нарезания щели по контуру забоя с направляющей арочной металлоконструкцией и перемещающейся по ней кареткой с баровым исполнительным органом и устройства для возведения постоянной монолитной бетонной обделки с двумя качающимися платформами, установленными на портальной раме симметрично средней части шарнирно складывающейся опалубки, снабженными каждая двумя гидроцилиндрами, установленными шарнирно относительно качающейся платформы, и подъемного стола, установленным между гидроцилиндрами телескопическим элементом, шарнирно связанным с подъемным столом, контактирующим со средней частью шарнирно складывающейся опалубки, гидроцилиндром подъема качающейся платформы, шарнирно связанным с портальной рамой и нижней частью качающейся платформы, портальная рама снабжена поперечной балкой, установленной в одной вертикальной плоскости с телескопическим элементом подъемного стола, внутри поперечной балки установлены выдвижные элементы с возможностью перемещения симметрично центральной части портальной рамы в обе стороны, выдвинутые концы которых шарнирно связаны с гидроцилиндрами, другой конец которых съемным шарниром соединен с боковой поворотной частью шарнирно складывающейся опалубки, выполненной с возможностью отрыва опалубки от портальной рамы устройства и опирания ее на сооруженные боковые тоннели станции на период возведения постоянной монолитной бетонной обделки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а непосредственно к способу сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах.

Известен способ сооружения тоннелей в слабоустойчивых грунтах, включающий одновременное прорезание 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 [1].

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.

Известен 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. Опережающая крепь превышает контур обделки на величину монтажного зазора. После монтажа постоянной обделки 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. Этот способ принимается за прототип [2].

Недостатками известного способа является то, что он не может быть применен для сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения с монолитной бетонной обделкой, не обеспечивает в полной мере совместную работу опережающей и постоянной крепи на восприятие нагрузки, одновременное заполнение всех пустот за пределами контура постоянной обделки, образованных при сооружении опережающей крепи.

Решаемая изобретением задача - создание способа сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения с монолитной бетонной обделкой в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи, обеспечение совместной работы опережающей крепи и постоянной монолитной бетонной обделки на восприятие нагрузки, одновременное заполнение всех пустот за пределами контура постоянной монолитной бетонной обделки, образованных при сооружении опережающей крепи, исключение осадок дневной поверхности.

Поставленная задача с достижением указанного технического результата решена тем, что в способе сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах, включающем сооружение опережающей крепи в виде нарезанной по контуру забоя щели, заполненной бетонным раствором, под ее защитой монтаж постоянной обделки и разработку породы забоя, под защитой ранее сооруженной опережающей крепи с минимальным отставанием от забоя, определяемым временем надежной работы опережающей крепи, возводят постоянную монолитную бетонную обделку с возможностью совместной работы опережающей крепи и постоянной монолитной бетонной обделки на восприятие нагрузки и одновременного заполнения всех пустот за пределами контура постоянной монолитной бетонной обделки, образованных при сооружении опережающей крепи, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона вновь сооруженной опережающей крепи, в верхней части забоя разрабатывают породу на одну заходку, крепят лоб забоя, последовательно разрабатывают породу средней и нижней частей забоя, сооружают верхний свод тоннеля, обратный свод сооружают по мере проходки тоннеля, причем средний тоннель колонной станции сооружают посредством установленных на самоходной портальной раме устройства для нарезания щели по контуру забоя с направляющей арочной металлоконструкцией и перемещающейся по ней кареткой с баровым исполнительным органом и устройства для возведения постоянной монолитной бетонной обделки с двумя качающимися платформами, установленными на портальной раме симметрично средней части шарнирно складывающейся опалубки, снабженными каждая двумя гидроцилиндрами, установленными шарнирно относительно качающейся платформы, и подъемного стола, установленным между гидроцилиндрами телескопическим элементом, шарнирно связанным с подъемным столом, контактирующим со средней частью шарнирно складывающейся опалубки, гидроцилиндром подъема качающейся платформы, шарнирно связанным с портальной рамой и нижней частью качающейся платформы, портальная рама снабжена поперечной балкой, установленной в одной вертикальной плоскости с телескопическим элементом подъемного стола, внутри поперечной балки установлены выдвижные элементы с возможностью перемещения симметрично центральной части портальной рамы в обе стороны, выдвинутые концы которых шарнирно связаны с гидроцилиндрами, другой конец которых съемным шарниром соединен с боковой поворотной частью шарнирно складывающейся опалубки, выполненной с возможностью отрыва опалубки от портальной рамы устройства и опирания ее на сооруженные боковые тоннели станции на период возведения постоянной монолитной бетонной обделки.

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. он может быть использован для сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения с монолитной бетонной обделкой в слабоустойчивых грунтах.

На фиг.1 изображено устройство для сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - подрезочная машина, продольный разрез, на фиг.4 - устройство для возведения постоянной монолитной бетонной обделки, главный вид, на фиг.5 - поперечный разрез Б-Б на фиг.3.

Способ сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах включает сооружение опережающей крепи 21 в виде нарезанной по контуру забоя щели, заполненной бетонным раствором, под ее защитой монтаж постоянной обделки и разработку породы забоя. Новым в способе является то, что под защитой ранее сооруженной опережающей крепи 21 с минимальным отставанием от забоя, определяемым временем надежной работы опережающей крепи 21, возводят постоянную монолитную бетонную обделку с возможностью совместной работы опережающей крепи 21 и постоянной монолитной бетонной обделки на восприятие нагрузки и одновременного заполнения всех пустот за пределами контура постоянной монолитной бетонной обделки, образованных при сооружении опережающей крепи 21, затем с интервалом времени, необходимым для набора прочности бетона вновь сооруженной опережающей крепи 21, в верхней части забоя разрабатывают породу на одну заходку, крепят лоб забоя, последовательно разрабатывают породу средней и нижней части забоя, сооружают верхний свод тоннеля, обратный свод сооружают по мере проходки тоннеля.

Устройство для сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи содержит установленные на самоходной портальной раме 1 устройство для нарезания щели по контуру забоя 2 с направляющей арочной металлоконструкцией и устройство для возведения постоянной монолитной бетонной обделки 3.

Устройство для нарезания щели по контуру забоя 2 содержит направляющую металлоконструкцию арочного очертания 4 и перемещающуюся по ней каретку 5 с баровым исполнительным органом 6.

Устройство для возведения постоянной монолитной бетонной обделки снабжено двумя качающимися платформами 7, установленными на портальной раме 1 симметрично средней части шарнирно складывающейся опалубки 8, снабженными каждая двумя гидроцилиндрами 9, установленными шарнирно относительно качающейся платформы 7, и подъемного стола 10, установленным между гидроцилиндрами 9 телескопическим элементом 11, шарнирно связанным с подъемным столом 10, контактирующим со средней частью шарнирно складывающейся опалубки 8, гидроцилиндром подъема 12 качающейся платформы 7, шарнирно связанным с портальной рамой 1 и нижней частью качающейся платформы 7, и поперечной балкой 13, установленной на портальной раме в одной вертикальной плоскости с телескопическим элементом 11 подъемного стола 10. Внутри поперечной балки 13 установлены выдвижные элементы 14 с возможностью перемещения симметрично центральной части портальной рамы 1 в обе стороны.

Выдвинутые концы выдвижных элементов 14 шарнирно связаны с гидроцилиндрами 15, другой конец которых съемным шарниром 16 соединен с боковой поворотной частью шарнирно складывающейся опалубки 8, выполненной с возможностью отрыва опалубки 8 от портальной рамы 1 устройства и опирания ее на сооруженные боковые тоннели станции 17 посредством винтовых опор 19 на период возведения монолитной бетонной обделки 18.

Устройство для сооружения среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения снабжено рабочими площадками 20 для разработки верхней части забоя.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают по оси тоннеля для нарезания дуговой щели в кровле забоя, шарнирно складывающуюся опалубку 8 устанавливают на винтовые опоры 19 и максимально приближают к забою.

Устройство для нарезания щели по контуру забоя 2 устанавливают под заданным, например 15^o, углом к продольной оси тоннеля. Производят внедрение бара в забой и нарезают дуговую щель для опережающей крепи на новую заходку. Щель заполняют бетонным раствором.

С интервалом времени, необходимым для схватывания бетона, в щели сооружают опережающую крепь 21.

После этого устройство перемещают назад от забоя и осуществляют распалубку арки, устройство принимает на себя шарнирно складывающуюся опалубку 8. Затем перемещают устройство с шарнирно складывающейся опалубкой 8 к забою.

Устанавливают шарнирно складывающуюся опалубку 8 для бетонирования очередного кольца, ее расправляют гидродомкратами 9, поднимают на проектную отметку, выдвигают опоры 19 опалубки 8 на боковые станционные тоннели, исключая контакт опалубки 8 с портальной рамой 1 и передачу вибрации от устройства на шарнирно складывающуюся опалубку 8. Устанавливают торцевую опалубку 22 и бетонируют кольцо.

После этого приступают к разработке породы на очередную заходку.

Верхнюю часть забоя разрабатывают вручную, т.к. туда не подать никакой механизм.

Разработку средней и нижней частей забоя ведут комбайном.

После разработки породы и ее уборки устройство перемещают вперед в исходное положение для вырезки дуговой щели. На этом цикл сооружения верхнего свода среднего станционного тоннеля заканчивается.

Обратный свод сооружают по мере проходки среднего станционного тоннеля.

Предлагаемый способ обеспечивает сооружение среднего тоннеля колонной станции глубокого заложения с монолитной бетонной обделкой в слабоустойчивых грунтах методом опережающей крепи, обеспечивает совместную работу опережающей крепи и постоянной монолитной бетонной обделки на восприятие нагрузки, одновременное заполнение всех пустот за пределами контура постоянной монолитной бетонной обделки, образованных при сооружении опережающей крепи, исключение осадок дневной поверхности.

Источники информации

1. А.с. СССР 907261, М.кл. Е 21 D 9/00, опубл. 23.02.82.

2. Патент РФ 2096621, М.кл. 6 Е 21 D 9/00, 13/04 (прототип).