§ 56. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ В ПОЛУСКАЛЬНЫХ, МЯГКИХ И СЛАБЫХ ПОРОДАХ (ч. 6)

Требования к временной крепи подземных выработок, раскрываемых по частям. Окончательную величину горного давления, развивающегося при раскрытии выработки, определяют в зависимости от пролета выработки и коэффициента крепости породы, учитывающего ее основные свойства и состояние. Чтобы горное давление возросло до этой величины, требуется время, которое может быть больше или меньше в зависимости от выбранного способа проходки и качества производства работ по выемке породы и ее замене сначала временной, а затем постоянной крепью.

Несвоевременное и низкокачественное закрепление выработки, применение плохо подогнанных и недостаточно напряженных крепей, оставление пустот за элементами крепи ведут к осадкам окружающей породы и развитию в ней смещений, быстро распространяющихся до границ расчетного свода давления. Соблюдение мероприятий, обеспечивающих уменьшение осадок породы до минимума, позволяет снизить скорость нарастания горного давления и соорудить постоянную обделку в благоприятных условиях.

Чем меньше промежуток времени между раскрытием выработки и возведением в ней тоннельной обделки, тем меньше стоимость тоннеля и возникающие при постройке трудности.

Это положение является основным правилом, выполнение которого при высоком качестве работ обеспечивает успех проходки. Возможность недопущения осадок кровли и развития смещений породы в значительной степени зависят от принятой системы временной крепи.

Рациональная крепь должна обеспечивать выемку породы в пределах проектного контура с минимальными переборами; быть достаточно жесткой и несменяемой в поперечном и продольном направлениях; устанавливаться снизу вверх без перекреплений, служащих причиной осадок; занимать как можно меньше места, чтобы обеспечить удобства выполнения других работ; служить не только крепью, но и кружалами для бетонирования тоннельной обделки, исключая необходимость в специальных конструкциях, загромождающих выработку; допускать (в соответствии с изменениями геологических условий) изменение несущей способности (например, введением в ее состав дополнительных элементов); быть достаточно простой и допускать многократное использование.

Обычная деревянная крепь, применяемая при проходке в мягких и слабых породах, не удовлетворяет поставленным требованиям. Поэтому представляют большой интерес попытки создания инвентарной стальной крепи, совмещенной с кружалами для бетонирования обделки с забивкой (или закладкой) досок в продольном направлении.

В зарубежной практике имеет широкое распространение крепь, основные особенности которой приведены ниже. Из металла выполняют основные дуги, выполняющие роль поперечной крепи и кружал, из дерева — подпорки, поддерживающие дуги в промежуточных точках и позволяющие уменьшить размеры их поперечных сечений при сохранении необходимой жесткости, а также лежни, служащие для распределения давления на пол выработки (рис. 171).

Основой крепи является кружальная дуга 3, состоящая из двух швеллеров с прокладками из коротких двутавров. Обычно эта дуга состоит из двух — четырех элементов соединяемых между собой швеллерными накладками на болтах. Нижний конец бокового элемента дуги снабжен башмаком из стальной плиты с приклепанными к ней уголками.

Дуга подпирается стойками 6, опирающимися через башмаки 7 на лежни 8. По нижней поверхности дуги прикреплены башмаки из швеллеров или уголков, обеспечивающие надежное примыкание стоек и подкосов 4. Затяжка 5 из двух швеллеров, врезанных в стойки, служит опорой для рабочих подмостей из досок. Продольная устойчивость крепи обеспечивается распорками между дугами.

Забивные доски, располагаемые вдоль тоннеля, опираются на дугу 2 из перевернутых подошвами вверх рудничных рельсов, соединенных накладками. Эта дуга носит название проходческой и передает давление на кружальную дугу при помощи так называемых «наездников» 1, которые могут быть установлены в любом месте дуги, а также выдвинуты в радиальном направлении. Возможность увеличения числа «наездников» позволяет приспосабливаться к изменяющимся геологическим условиям, а выдвижение их в радиальном направлении позволяет изменять толщину свода.

Вследствие небольшой высоты проходческой дуги (7—9 см) доскам, забиваемым в продольном направлении, сразу придают окончательное положение (рис. 172). Этим устраняются переборы и достигается плотное примыкание крепи к кровле.

«Наездник» (рис. 173) состоит из двух швеллеров 5, образующих совместно с двумя поперечными отрезками швеллеров продолговатую раму. Вверху швеллеры сводят вместе, сваривают и снабжают вырезкой для опирания проходческих дуг 3. Расстояние между швеллерами кружальной дуги 4 назначают так, что «наездники» могут свободно пройти между швеллерами. «Наездники», закрепляемые на кружальной дуге при помощи двух пар клиньев 9 с прокладками 8, не только обеспечивают надежную передачу радиального давления на кружальные дуги, но и составляют с ними жесткую систему.

Важной частью крепи является поперечный подхват 8 (см. рис. 172) длиной около 3 м с верхней поверхностью, обработанной по кривой и усиленной изогнутым швеллером. Подхват применяют для поддержания досок, забиваемых на среднем участке забоя, до установки нового комплекта дуг. Он поддерживается двутавровыми балками 1, выдвигаемыми по двум передним кружальным дугам и расклиниваемыми в кровлю.

Проходку калотты с крепью описанной системы производят следующим образом: сначала забивают доски в замке на ширине забоя 3 м, снимают одну или несколько забойных досок и после выемки породы на глубину заходки перемещают их вперед с раскреплением в предыдущее кольцо крепи. Забивные доски поддерживаются подхватом. После закрепления таким образом средней часта кровли по всему контуру калотты забивают доски с разработкой породы и перемещением вперед лобовой крепи. В образовавшемся свободном пространстве снизу вверх устанавливают полный комплект крепи, после чего убирают подхват кровли.

При деревянной крепи бетонирование в калотте чрезвычайно затруднено, так как при этом приходится удалять элементы крепи, делая многочисленные перекрепления на кружалах. При бетонировании калотты кольцами в шахматном порядке (как это принято в способе опертого свода) для удаления верхних прогонов и пространства, подлежащего бетонированию, приходятся их распиливать.

При кружальной инвентарной крепи бетонирование (рис. 174) ведут в удобных условиях на опалубке 5, опирающейся на кружальную дугу, входящую в состав крепи. При этом за обделкой остаются лишь доски. Для снятия проходческих дуг и «наездников» доски крепи подхватывают поперечинами 1 с криволинейной верхней поверхностью, опертыми на один из швеллеров кружальной дуги с помощью вспомогательных стоек 2. После разъединения элементов проходческой дуги и снятия клиньев «наездники» и элементы дуги удаляют через зазор между швеллерами кружальной дуги.

В неустойчивых породах проходческие дуги могут быть оставлены за обделкой, если их извлечение сопряжено с риском.

Описанная система крепи удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к рациональной временной крепи, и создает особенно благоприятные условия для применения способа опертого свода, так как позволяет произвести раскрытие выработки с минимальными переборами в условиях весьма медленного нарастания горного давления.