НОВОАВСТРИЙСКИЙ ТОННЕЛЬНЫЙ СПОСОБ
В настоящее время этот способ строительства тоннелей является наиболее распространенным. Это обусловлено его экономичностью и низкой материалоемкостью подземных конструкций. Скорость строительства тоннелей как в устойчивых, так и в малоустойчивых породах весьма высока (от 3 до 7 м/сут), а стоимость строительства по сравнению с традиционными способами меньше на 30—40%.
Способ применяют как в благоприятных, так и в сложных горногеологических условиях, например, в неустойчивых, подверженных пучению породах. Способ широко применяют для безосадочного проведения городских тоннелей мелкого заложения.
Принципиальное отличие новоавстрийского способа заключается в максимальном использовании несущей способности окружающего массива пород и вовлечении его в работу в качестве защитной конструкции, предохраняющей тоннель от обрушения. Для этого приконтурный слой породы закрепляют временной крепью из анкеров, набрызгбетона или податливой арочной крепью. Эта крепь превращает приконтурный слой в грузонесушую конструкцию, воспринимающую значительную часть внешней нагрузки. Остальная часть нагрузки передается на постоянную обделку, материалоемкость которой значительно ниже, чем при других способах.
Новоавстрийский способ допускает существенные перемещения контура тоннеля, обеспечивая тем самым разгрузку горного массива от напряжений. Постоянную обделку возводят в тот момент, когда исчерпана несущая способность временной крепи. Вследствие этого обделка работает на нагрузку, значительно меньшую, чем если бы ее возводили до того, как произошла разгрузка массива.
Обязательное условие применения способа — измерение в течение всего периода строительства тоннеля деформаций, перемещений и напряжений как в обделке, так и в породе. Это позволяет непрерывно контролировать состояние горного массива и возводимой временной крепи, при необходимости осуществляя поэтапное усиление последней.
Итак, коротко принципиальные положения новоавстрийского способа сводятся к следующим:
1. Основным несущим элементом является горная порода, смещения которой вокруг выработки допустимы, но ограничены заданными значениями, определяемыми грузонесущей способностью временной крепи;
2. Внешняя несущая породноанкерная оболочка, усиленная набрызгбетоном, упрощенно говоря, представляет собой толстостенную трубу, замыкание которой необходимо обеспечить в течение короткого промежутка времени, определяемого опытным путем. Наиболее благоприятные формы поперечного сечения тоннеля — круглая, овальная или иная, но с криволинейными стенами и лотком, так как при прямоугольной форме сечения в углах происходит концентрация напряжений;
3. Важной особенностью новоавстрийского способа является требование скорейшего замыкания обделки по всему контуру тоннеля путем возведения кроме свода и стен обратного свода (лотка) тоннеля. Момент смыкания обратного свода определяют на основании результатов измерений перемещения контура и напряжений в обделке. Обычно смыкание обратного свода осуществляют не позднее, чем через 30 дней, но может возникнуть необходимость замыкания обратного свода уже через 1—2 смены. Обратный свод возводят из набрызгбетона или монолитного бетона;
4. Управление процессом стабилизации перемещений породы вокруг тоннеля осуществляют путем поэтапного усиления несущих оболочек (порода и временная крепь) за счет увеличения числа анкеров, их длины, сечения арок, нанесения нового слоя набрызгбетона, повышения коэффициента армирования при применении фибронабрызгбетона и др. Все работы по усилению проводят под непрерывным контролем перемещения контура тоннеля и напряжений в обделке.
Технология производства работ. Для ведения проходческих работ забой разбивают на несколько участков (ступеней), число которых зависит, главным образом, от устойчивости породы в забое. На рис. 5.7 приведены наиболее распространенные схемы разработки (раскрытия) сечения тоннеля. Проходческие работы ведут либо буровзрывным способом, либо комбайнами избирательного действия. Не исключена также разработка вручную с использованием механических инструментов. В разрабатываемых участках забоя возводят временную крепь из набрызгбетона, анкеров, металлических арок. Разработка всех частей сечения тоннеля растянута ступенями по длине тоннеля и забой в верхней части калотты опережает нижний на величину от 1,5—2 пролетов тоннеля до нескольких десятков метров. С уступа на уступ породу транспортируют по наклонным пандусам.
В широких тоннелях, сооружаемых в слабых грунтах, раскрытие сечения начинают с боковых штолен, затем разрабатывают калотту и в последнюю очередь ядро (рис. 5.8). Площадь сечения боковых штолен принимают равной 20—25 м2, крепь штолен — набрызгбетон по арматурной сетке с последующей установкой анкеров. Штольни опережают разработку калоттной части тоннеля. Постоянную бетонную обделку возводят со значительным отставанием от забоя после стабилизации перемещений породного контура. Обычно это наступает через 1—3 месяца после замыкания обратного свода. Толщина такой обделки меньше толщины обделки, рассчитанной на полную нагрузку, и находится в пределах 30 см.
На рис. 5.9—5.11 показана последовательность раскрытия сечения тоннеля в связных гравелистых грунтах при строительстве станции метрополитена в Вене.
На рис. 5.9 показаны сечения двух станционных тоннелей с искусственным целиком между ними, на рис. 5.10 — этапы одновременного рас
крытия сечения станционных тоннелей по схеме с боковыми штольнями и применение армированного набрызгбетона в качестве временной крепи.
Рис. 5.7. Схемы разработки сечения тоннеля новоавстрийским способом:
сплошным забоем (а); длинным уступом (б); коротким уступом (в); многоступенчатым забоем (г); миниуступом (д) уступом с выполнением промежуточного обратного свода (е); боковыми штольнями (ж)
Рис. 5.8. Схема производства работ новоавстрийским способом (вариант раскрытия забоя с боковыми штольнями):
1—4 — последовательность раскрытия сечения тоннеля
Рис. 5.9. Сечение станционных тоннелей метрополитена в Вене
Система контроля. Для осуществления систематического контроля по длине тоннеля с интервалом 100150 м устанавливают специальные замерные станции (створы). В вертикальной к оси тоннеля плоскости бурят шпуры и скважины, В них устанавливают измерительную аппаратуру и приборы для снятия показаний. На рис. 5.12 приведена схема замерной станции и расположения аппаратуры. Главная задача состоит в измерении деформаций и напряжений в процессе ведения проходческих
работ. Контролируют конвергенцию контура тоннеля; сдвиги в горном массиве и напряжения на контакте массива и обделки, в анкерах и набрызгбетоне и другие параметры.
Замеры ведут в заданном режиме и полученные данные сравнивают с проектными, полученными в результате детальной геологической разведки, включающей проведение экспериментальных разведочных штолен.
Новоавстрийский способ наиболее целесообразен в специфических горногеологических условиях: глины, песчаные и глинистые сланцы, пластичные мергели и др. Породы должны обладать свойствами затухающей ползучести. Необходимо исключить односторонние нагрузки на обделку, способные вызвать излом тонкого набрызгбетонного покрытия. Обводненность пород должна быть минимальной. Однако способ успешно применяют и в скальных, нарушенных и трещиноватых породах при использовании буровзрывных работ.
В качестве типичного примера использования новоавстрийского способа с применением БВР приведем опыт строительства железнодорожного тоннеля Айнмальберг (Германия).
Двухпутный тоннель Айнмальберг имеет длину 1127 м и площадь поперечного сечения от 105 до 117 м2 (в зависимости от характеристик породы). Трасса тоннеля расположена в пестром песчанике с горизонтальной слоистостью. Слои толщиной от нескольких сантиметров до 2 м пересекают многочисленные крутопадающие трещины. Слои плотной глины, включенные между пластами пестрого песчаника, имеют мощность от нескольких сантиметров до 1 м. В ряде случаев горизонтальное залегание песчаника приводило к неожиданному отслоению породы в кровле. Приток воды в тоннеле не превышал 1 л/с.
Вначале разрабатывали верхнюю часть сечения тоннеля площадью 50 м2, затем с отставанием на 80120 м вели разработку уступа с поочередным устройством одностороннего въезда в верхнюю часть сечения, далее на расстоянии 80 м осуществляли раскрытие обратного свода с
последующим его бетонированием. Замыкали кольцо бетонной обделки на расстоянии примерно 200 м от забоя.
Для бурения шпуров применяли две самоходные буровые установки на гусеничном ходу фирмы «Тамрок». Установки, оборудованные гидравлическими бурильными машинами на двух удлиненных податчиках, использовали и для анкерного крепления. Породу убирали тремя колесными погрузчиками САТ966 и складировали примерно в 220 м от забоя, затем ее перегружали на автосамосвалы и отвозили к порталу. Для нанесения набрызгбетона применяли полуавтоматические установки «Менадиер GM90».
Размеры и конструкцию крепи определяли в зависимости от категории пород. Применяли покрытие из набрызгбетона толщиной 1030 см в сочетании с металлической сеткой в несколько слоев, железобетонные или полимерные анкеры длиной 26 м, а на отдельных участках — арочную крепь из прокатного металла. Обделка из бетона имела толщину 30 см.
Средняя скорость проведения тоннеля одним забоем составила 140 м/мес.
Рис. 5.10. Этапы раскрытия сечения станционных тоннелей в Вене: а — раскрытие правой боковой штольни в левом тоннеле с возведением временной перемычки из армированного набрызгбетона; б — нанесение нескольких слоев набрызгбетона на правый борт штольни (первый этап образования межтоннельного целнка); о — раскрытие левой боковой штольни правого тоннеля и возведение временной перемычки из армированного набрызгбетона: г — нанесение нескольких слоев набрызгбетона на левый борт штольни (второй этап образования межтоннельного целика, доведение его до проектных размеров); 3 и е — раскрытие на полный профиль левого и правого тоннелей
Рис. 5.12. Схема расположения измерительных приборов замерной станции в тоннеле (измерительный створ) при новоавстрийском способе:
Т — тангенциальные датчики; R — радиальные датчики; М — мессдоза для намерения нагрузок; Е — экстензометры; Н — аппаратура для измерения конвергенции
Поможем написать любую работу на аналогичную тему