§ 57. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (ч.9)

Способ центральной штольни. В крепких скальных породах, не требующих крепления до возведения постоянной обделки, в зарубежной практике применяют также способ центральной штольни.

В простейшем случае (рис. 195) в средней части сечения проходят штольню прямоугольного или сводчатого очертания, размеры которой назначают таким образом, чтобы из нее можно было пробурить радиальные шпуры до проектного контура создаваемой выработки. Шпуры располагают перпендикулярно оси тоннеля и бурят с помощью перфораторов, опирающихся на установленную в штольне горизонтальную трубу.

Взрывание породы дисками толщиной 60—100 см, перпендикулярными оси выработки, обеспечивает расширение сечения со значительной экономией ВВ вследствие наличия двух плоскостей обнажения. Для предотвращения завала штольни взрывание ведут нависающим уступом, т.е. одновременно взрывают верхнюю и нижнюю половины диска, обозначенные на рис. 195 одинаковыми цифрами (1, 2, 3, 4, 5 и т. д.). Уборку большого объема одновременно взрываемой породы (число дисков может быть практически неограниченным) производят экскаватором в большегрузные вагоны или автосамосвалы.

Вследствие невозможности совмещения уборки породы из забоя штольни и бурения радиальных шпуров процесс бурения начинают только после сбойки встречных забоев центральной штольни, что задерживает расширение сечения и, следовательно, увеличивает срок строительства тоннеля. Этот недостаток может быть устранен пробивкой параллельно оси тоннеля вспомогательной штольни малого (до 6 м²) сечения (рис. 196).

Вспомогательная штольня, соединенная с центральной штольней поперечными сбойками через 100—200 м, обеспечивает бесперебойную уборку породы из забоя центральной штольни и используется для размещения вентиляционных труб и кабелей, организации водоотлива и пр. Кроме того, вспомогательную штольню можно проходить с большей скоростью, чем центральную штольню (с опережением относительно забоя последней). В этом случае на базе вспомогательной штольни могут быть открыты (через поперечные выработки) промежуточные забои центральной штольни и, следовательно, ускорена ее сбойка.

Проходка вспомогательной штольни несколько увеличивает стоимость работ, но обеспечивает большие удобства их выполнения и способствует значительному ускорению строительства. Особенно целесообразен вариант со вспомогательной штольней при строительстве длинных тоннелей (с последующим использованием штольни для вентиляции — полупоперечная система).

Способ центральной штольни допускает комплексную механизацию всего производственного процесса по строительству тоннеля и обеспечивает высокие скорости проходки, но до недавнего времени считался неприменимым в породах, требующих временного крепления. Внедрение анкерной крепи в тоннелестроение заставило пересмотреть эту точку зрения и позволило расширить границы применения, способа центральной штольни.

В случае необходимости породы в кровле будущей выработки могут быть закреплены анкерами до ее раскрытия. Эта идея была реализована при сооружении тоннеля в сильно трещиноватых породах (Франция). Из центральной штольни (рис. 197) были пробурены радиальные шпуры так, что их концы выходили на 2 м за проектный контур выработки и были удалены на 1 м друг от друга. В часть каждого шпура, выходившую за пределы выработки, заводили стальные зигзагообразные стержни 4 диаметром 12 мм с нарезкой на внутреннем конце для последующего прикрепления защитной сетки 5.

Внутренний конец анкера пропускали сквозь каучуковую пробку 3, а наружную часть шпура, в которой находилась штанга, заполняли раствором глиноземистого цемента под давлением 15 кгс/см². Это позволило обеспечить надежную связь штанги со стенками шпура, а также выполнить цементацию окружающего массива, которая превратила трещиноватую породу в монолитную.

После приобретения цементным раствором достаточной прочности внутреннюю часть шпура, расположенную в пределах будущей выработки, использовали для размещения заряда 2 с забойкой 1. Взрывание породы производили последовательно отдельными дисками на длине до 15 м за один прием.

Наличие по контуру армированного и цементированного свода позволило производить работы по полному раскрытию сечения и возведению обделки без применения временной крепи и сократило переборы до минимума. Безопасность работ обеспечивалась наличием стальной сетки 5, подвешенной к выступающим внутрь выработки концам штанг, снабженным нарезкой.

Применение этого варианта способа центральной штольни обеспечило скорость проходки до 6 м/сутки при полной безопасности работ и значительном уменьшении объема выломки и расхода бетона.

Особенностью работы примененной анкерной крепи в виде зигзагообразных стержней, заделанных в затвердевший цементный раствор, является отсутствие их предварительного натяжения, которое, как известно, является условием предотвращения развития остаточных деформаций породы, лишенной связей, существовавших до раскрытия выработки. В данном случае анкеры, установленные до раскрытия выработки, вследствие значительного трения и сцепления между их поверхностью и стенками шпуров фиксировали состояние породы, еще не нарушенное проходкой. Изложенный метод представляет значительный интерес и может быть рекомендован в породах, требующих разработки сечения по частям с временной крепью.