§ 57. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (ч. 6)

Анкеры располагают по возможности перпендикулярно слоям породы, так как в этом случае обжатие вызывает наибольшие силы трения на контакте между пластами и во всяком случае под углом не менее 60°. В сводчатых выработках наиболее целесообразно располагать анкеры по радиальным направлениям (рис. 186).

Размещение анкеров в выработке
Рис. 186. Размещение анкеров в выработке

Шаг а анкеров в поперечных рядах назначают по расчету. Расстояние c между рядами анкеров увязывают с продвижением W забоя за цикл (c = W/2 или c = W/3) так, чтобы в течение каждого цикла нужно было устанавливать одинаковое число анкеров.

Так как опорные шайбы под гайками анкеров имеют небольшие размеры (200×200×10 или 100×100×8 мм), то в промежутке между анкерами происходит разрыхление породы, ограниченное обжатием, вызываемым натяжением штанг, но иногда приводящее к выпаданию отдельных камней. Для ограничения развития этого процесса и обеспечения безопасности работ принимают ряд мер. Поверхность кровли затягивают стальной сеткой 1 из проволоки толщиной 2—3 мм со стороной ячейки 50×50 или 100×100 мм, зажимаемой под опорными шайбами 2 (рис. 187, а). Перед постановкой анкеров сетку растягивают до забоя и подпирают временными стойками, чтобы обеспечить защиту крепильщиков. Бурение шпуров и постановку анкеров производят через отверстия сетки. Иногда к анкерам поперечных рядов через стальные прокладки 3 подвешивают подхваты в виде арок из швеллеров 5 (рис. 187, б), между которыми кровлю затягивают досками 4. Необходимо следить за тем, чтобы в местах крепления подхватов к штангам отсутствовали податливые элементы, иначе неизбежна потеря предварительного натяжение анкеров.

Поддержание породы между анкерами
Рис. 187. Поддержание породы между анкерами

При использовании анкерной крепи обязательно применять гладкое взрывание, однако и в этом случае возможны значительные неровности поверхности выработки, наличие которых приводит к оставлению зазоров между арочными подхватами и кровлей, подлежащих заполнению жесткими элементами. Поэтому более удобны подхваты, объединяющие смежные анкеры в продольном направлении при помощи отрезков швеллера 6 (рис. 187, в).

Одним из наиболее эффективных средств укрепления породы в промежутках между анкерами является нанесение слоя торкретбетона 7 по сетке, подвешенной к анкерам, или непосредственно на породу (рис. 187, г). Однако ведение торкретирования вблизи забоя вызывает увеличение времени цикла ипри строительстве тоннелей распространения не получило.

Теория расчета анкерной крепи еще недостаточно разработана, что объясняется большим многообразием условий проведения горных выработок. При проектировании пользуются соображениями, изложенными ниже. Согласно Техническим условиям (ВСН 125-65) в основу определения длины анкера положен принцип подвешивания непосредственной кровли выработки в ненарушенной породе за пределами зоны разрыхления. Глубину этой зоны lр назначают в одном случае по опыту проходки в аналогичных условиях, в другом случае (при отсутствии опытных данных) — равной высоте h1, свода давления.

Такой подход дает большой запас надежности, так как правильное применение анкерной крепи исключает возможность полного развития свода давления (особенно в сводчатых выработках, образованных гладким взрыванием).

Определение длины анкера
Рис. 188. Определение длины анкера

В первом случае длина части анкера, находящейся в породе (рис. 188, а),

lа = lр + lз,
(151)

где lз — длина замка анкера.

Для стальных анкеров lз ≥ 0,25 м, для железобетонных анкеров

Длина заделки для железобетонных анкеров,
(152)

где Nз — расчетная несущая способность заделки анкера (обычно 7—10 тс);

d — диаметр штанги;

τ — сцепление между сталью и раствором, зависящее от его состава, срока твердения и температуры.

Так, для раствора, состав которого приведен выше, сцепление через 6 ч после установки анкера может быть принято при положительных температурах равных 5, 10, 15 и 20°С, равным соответственно 15, 20, 30 и 35 кгс/см2. Во втором случае (рис. 188, б):

Глубина зоны разрыхления для набивных анкеров и lа = 1,5h1,
(153)

где h1 — высота свода давления по Протодьяконову;

f — коэффициент крепости породы с учетом ее трещиноватости.

Полная длина анкера

l = lа + lк,
(154)

где lк — отрезок штанги, выступающий внутрь выработки, длина которого зависит от конструкции устройств, принятых для поддержания кровли между анкерами.

Несущая способность Nз заделки должна быть достаточной, чтобы выдержать вес Р отделившегося от кровли блока высотой lр, т.е.

P = nγlрac ≤ Nз,
(155)

где n — коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,5;

а и с — расстояния между анкерами в поперечном и продольном направлениях.

Из выражения (155) может быть определен шаг анкеров в поперечном направлении:

Шаг анкеров в поперечном направлении.
(156)

Для исключения возможности образования вывалов породы между анкерами рекомендуется назначать расстояние между ними не более предполагаемой глубины зоны разрыхления, т.е. принимать а ≤ lр.

Прочность штанги на растяжение проверяют по формулам:

для распорных и железобетонных анкеров

Прочность штанги для распорных и железобетонных анкеров;
(157)

для клиновых анкеров (с учетом их ослабления прорезью шириной δ)

Прочность штанги для клиновых анкеров ,
(158)

где R — расчетное сопротивление стали на растяжение.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены