Глава 13

СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ ГОРНЫМ СПОСОБОМ

§ 55. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сооружение тоннеля состоит из двух основных процессов: проходки т.е. раскрытия выработки с установкой в случае необходимости временной крепи, и возведения стен и свода обделки. В зависимости от характера сооружения и геотехнических условий эти процессы выполняются в различной последовательности и по-разному развертываются по длине выработки, чем определяется способ производства работ.

Существующие способы производства работ по сооружению тоннелей могут быть разделены на три группы, характеризующиеся следующими особенностями:

• 1. Сечение целиком (за один прием или по частям) освобождают от породы после чего в выработке полного сечения сооружают стены 1 и свод 2 обделки (рис. 156, а).
• 2. В первую очередь раскрывают и закрепляют калотту, в которой возводят свод 1, опираемый непосредственно на породу (рис. 156, б). После разработки средней штроссы или через колодцы, проходимые из калотты, вынимают породу из-под пят свода и отдельными столбами подводят стены 2.
• 3. Стены 1 обделки сооружают в штольнях, после чего раскрывают калотту в которой возводят свод 2, опираемый на стены (рис. 156, в). Под защитой свода удаляют ядро породы, служащее во время проходки штолен и калоттыопорой временной крепи.

Развертывание операций, входящих в процесс сооружения тоннеля, определяется конкретными условиями. При поточной системе все операции по раскрытию сечения и возведению обделки выполняют параллельно в ряде рабочих мест распределенных по длине выработки. По мере продвижения опережающего забоя за ним перемещается поступательно участок, на котором производят работы. При кольцевой системе все основные операции выполняют последовательно в пределах одного кольца, длину которого назначают в соответствии с геотехническими условиями таким образом, чтобы не допустить значительных остаточных деформаций кровли выработки и связанного с ними развития горного давления. Возможна и смешанная система, при которой часть операций выполняют последовательно в пределах кольца, а остальные операции — параллельно по поточной системе.

К первой группе способов производства работ относятся способы: полностью раскрытого сечения (поточный и кольцевой варианты), сплошного забоя, ступенчатого забоя, центральной штольни, подсводного разреза, нижнего а верхнего уступов; ко второй группе — способ опертого свода (варианты двухштольневой, одноштольневой и с опережающей калоттой); к третьей группе — способ опорного ядра.

Способ производства работ выбирают в зависимости от геологических и гидрогеологических особенностей горного массива, размеров поперечного сечения и длины тоннеля, а также от местных условий (сроки строительства, возможности механизации работ, наличие крепежных материалов и квалифицированной рабочей силы). При этом наибольшее влияние на выбор решения имеют свойства (в первую очередь крепость) окружающих пород, определяющие конструкцию временной крепи. В этом отношении принято делить породы на слабые, мягкие, полускальные и скальные.

В слабых (пески, супеси), мягких (суглинки, глины) и полускальных (мергели, обводненные глинистые сланцы) породах возможно развитие большого горного давления. Поэтому для его уменьшения сечение выработки расчленяют на сравнительно мелкие части, немедленно закрепляемые временной (преимущественно деревянной) крепью, исключающей возможность обрушения породы. Наличие многочисленных элементов крепи стесняет выработку и ограничивает возможности механизации работ.

Разработку породы в этих условиях производят обычно с помощью ручных и пневматических инструментов, погрузку ее — вручную или малогабаритными погрузочными устройствами и машинами. Возведение обделки, связанное с удалением временной крепи, выполняют также вручную с подачей бетонной смеси в вагонетках, так как для эффективного применения бетоноукладочных машин отсутствует достаточный фронт работ.

В скальных породах возможно расчленение сечения на более крупные части или даже раскрытие выработки в один прием. При этом временную (деревянную или стальную) крепь устанавливают лишь по контуру выработки, внутреннее пространство которой остается свободным. Благодаря этому работы могут быть в значительной степени механизированы. Породу разрабатывают, как правило, буровзрывным способом с применением высокопроизводительных бурильных машин. Погрузку породы в вагонетки большого объема или автосамосвалы осуществляют погрузочными машинами или экскаваторами на гусеничном ходу. При бетонировании обделки применяют передвижные металлические формы, создающие фронт работ, достаточный для применения бетоноукладочных машин.