способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью

Формула изобретения

Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью, включающий бурение рядов скважин по контуру сооружаемого тоннеля с их последующим бетонированием и извлечением грунта из образованного контура, отличающийся тем, что бурение скважин осуществляют горизонтально последовательно и поэтапно, предварительно устанавливая на откосы с двух сторон насыпи портальные рамы с направляющими кондукторами по их внешнему контуру, далее осуществляют бурение лидирующей скважины малого диаметра, определяя направление бурения по отверстию в кондукторе, после окончания бурения лидирующей скважины конец бура малого диаметра шарнирно соединяют с концом бура большого диаметра, помещенного в обсадную трубу, при этом бур большого диаметра перемещают в лидирующей скважине за буром малого диаметра совместно с обсадной трубой, которую после окончания бурения устанавливают в скважине, а буры извлекают, после установки по контуру портальных рам необходимого количества обсадных труб из их полости извлекают грунт и заполняют бетонной смесью, далее извлекают грунт из контура, образованного сплошными рядами обсадных труб по всему сечению и на всю длину тоннеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подземному строительству, а более конкретно к сооружению транспортных тоннелей большого сечения под существующими железнодорожными насыпями, но может быть также использовано для сооружения водопропускных труб большого диаметра под существующими железнодорожными насыпями.

Известен способ сооружения тоннелей с помощью механизированного щита (Волков В.П. и др. Тоннели и метрополитены. Изд. 2-е. М., Транспорт, 1975 г., с.315-316), по которому породу из забоя разрушают роторным механизмом и погружают для удаления на транспортер. Постоянную отделку тоннеля выполняют под защитой щита. Пространство между отделкой и породой тампонируют цементным раствором через отверстия в отделке тоннеля.

Недостатком данного способа является невысокая надежность из-за наличия возможности прорыва неустойчивых пород из забоя через роторный механизм, что может привести к оседанию породы, что недопустимо в условиях сооружения тоннеля под действующей железнодорожной насыпью.

Известен также способ сооружения тоннелей с помощью механизированного щита полузакрытым режимом с грунтопригрузом в роторной части («Подземное пространство мира» №5÷6, 1998 г., с.30-31), по которому разрушенная порода остается до определенного момента в роторной камере, чтобы противостоять неконтролируемому выходу породы.

Недостатком данного способа является относительно невысокая надежность вследствие того, что существует возможность неконтролируемого перемещения грунта, что неприемлимо при устройстве тоннеля под железнодорожной насыпью.

Известен также способ сооружения тоннелей с использованием механизированного щита, включающий разработку грунта рабочим органом, при этом давление пригруза в камере ротора автоматически уравнивают с давлением грунтов на оболочку щита посредством мембран, устанавливаемых в оболочке щита и находящихся под фактическим давлением грунтов (патент РФ №2259479, МПК E21D 9/06, опубликован 22.08.2005 г.).

Недостатком указанного способа является то, что при устройстве тоннелей под железнодорожными насыпями, необходимым условием для производства работ является остановка движения по трассе, что в ряде случаев неприемлимо.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки котлована, который заключается в том, что по контуру будущего котлована осуществляют проходку скважин с возведением в скважинах рядов вертикальных грунтоцементных свай, после чего возводят стенки из бетона по методу «стена в грунте», а затем из внутреннего контура котлована извлекают грунт на проектную глубину (патент РФ №2209268, МПК 7 ED 17/00, опубликован 27.07.2003 г.).

Недостатком известного способа является высокая степень риска нарушения целостности железнодорожной насыпи из-за ее возможных деформаций при проходке тоннеля, так как не обеспечивается стабилизация стенок скважин, а включение грунтовой массы в бетонный раствор приведет к снижению прочности бетона и несущей способности конструкции. Кроме того, способ обладает высокой трудоемкостью, связанной с установкой арматурных каркасов в скважины. Установка арматурных каркасов в скважины будет иметь весьма высокую трудоемкость вследствие того, что стенки скважины также могут быть повреждены.

Задачей, на решение которой направленно предлагаемое изобретение, является снижение степени риска нарушения целостности, предотвращение деформаций и разрушения железнодорожной насыпи при устройстве тоннеля без остановки движения на трассе.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью, включающем проходку рядов скважин по контуру сооружаемого тоннеля, последующее бетонирование и извлечение грунта из образованного контура, бурение скважин осуществляют горизонтально, последовательно и поэтапно. Для чего устанавливают с двух сторон насыпи портальные рамы с направляющими кондукторами по их внешнему контуру, осуществляют бурение лидирующей скважины малого диаметра (50÷80 мм), при этом направления бурения определяют отверстиями по кондуктору. После окончания бурения лидирующей скважины, конец бура малого диаметра шарнирно соединяют с концом бура большого диаметра (150÷200 мм), совместно с обсадной трубой, при этом бур большого диаметра перемещают в лидирующей скважине за буром малого диаметра совместно с обсадной трубой, которую после окончания бурения устанавливают в скважину, а буры извлекают. После установки необходимого количества обсадных труб по контуру портальных рам производят извлечение грунта из полости труб и осуществляют их заполнение бетонной смесью; после чего из контура, ограниченного рядом обсадных труб, осуществляют разработку грунта по всему сечению и на всю длину тоннеля.

Результат достигается тем, что горизонтальное бурение буром большого диаметра совместно с обсадной трубой надежно ориентировано с помощью лидирующей скважины, тягового усилия, создаваемого обратным ходом бура малого диаметра, а также кондуктором с отверстиями, который установлен по контуру портальной рамы. Кроме того, какие-либо деформации насыпи полностью исключены, поскольку объем грунта, разработанный буром большого диаметра, замещается в процессе бурения объемом обсадной трубы.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен поперечный разрез насыпи, на фиг.2 - вид А на портальную раму тоннеля.

На откосах насыпи 1 установлены портальные рамы 2, по контуру портальных рам 2, установлены кондукторы 3, обеспечивающие ориентацию буров 4 и 5, при этом бур большого диаметра 5 помещен в обсадную трубу 6, бур малого диаметра 4, соединен шарниром 7 с буром большого диаметра 5.

Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью осуществляется следующим образом: с двух сторон насыпи 1, устанавливают портальные рамы 2, к которым монтируют по внешнему контуру кондукторы 3, определяющие ориентацию буров 4 и 5. Первоначально осуществляют бурение лидирующей скважины буром малого диаметра 4, после чего к концу бура 4 шарниром 7 закрепляют конец бура 5, который помещен в обсадную трубу 6. Далее производят бурение скважины большого диаметра, при этом ориентирование скважины осуществляют за счет движения бура малого диаметра 4, который перемещают в обратном направлении с необходимым усилием. После окончания бурения скважины большого диаметра обсадную трубу 6 фиксируют на портальных рамах 2, извлекают буры 4 и 5, обсадную трубу 6 очищают от грунта и заполняют бетонным раствором. Таким образом устанавливают обсадные трубы 6 с последующим бетонированием по всему контуру портальных рам 2, в результате чего ряды обсадных труб, заполненных бетоном, образуют несущую конструкцию отделки тоннеля. Извлечение грунта из внутреннего контура производят по всему сечению и на всю длину тоннеля.