§ 60. БЕТОНИРОВАНИЕ ОБДЕЛОК В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (ч. 5)

Набрызгбетон. В практике современного тоннелестроения получил широкое распространение так называемый набрызгбетон («шприц-бетон») марок 300—400—500, применяемый как для временного крепления, так и для возведения постоянных подземных конструкций. Эту полупластичную смесь портландцемента (обычно пуццоланового марки не ниже 400), песка, гравия¹ крупностью до 25—30 мм, воды и ускорителя схватывания и твердения наносят на поверхность выработки с помощью пневматических машин особой конструкции.

Набрызгбетон отличается от обычного бетона повышенным содержанием цемента (250—300 кг/м³ в сухой смеси и 300—400 кг/м³ в материале обделки с учетом частичного отскока песка и гравия и уплотнения смеси при нанесении), более тщательным подбором гранулометрического состава заполнителей и технологией укладки, в процессе которой происходит интенсивное уплотнение набрызгбетона, обеспечивающее его значительное сцепление с поверхностью выработки.

Набрызгбетон мало отличается от торкрета (см. § 62), однако введение в его состав ускорителя схватывания и твердения придает ему новые, весьма ценные свойства. Так, набрызгбетон может наноситься сравнительно толстыми слоями (до 15 см) без их оплывания, отскок быстросхватывающейся смеси сравнительно невелик (до 10—15% от стен, до 25% от свода). Набрызгбетон имеет высокую прочность и водонепроницаем уже при толщине слоя 8—10 см, его сцепление со скальной поверхностью достигает 15—20 кгс/см² и ограничивается лишь расчетным сопротивлением осевому растяжению (10,4—12,2 кгс/см² для марок 300—400).

Покрытие из набрызгбетона толщиной 5—15 см обеспечивает надежное закрепление контура выработки, если порода может оставаться неподдержанной в течение нескольких часов, нужных для нанесения и затвердения слоя. Быстрое закрепление кровли приостанавливает развитие в ней остаточных деформаций и рост горного давления и позволяет уменьшить толщину сооружаемой впоследствии постоянной обделки.

Через 3—4 ч после нанесения набрызгбетона возможно продолжение взрывных работ, вследствие чего его применение не замедляет проходки. Особенно эффективно применение набрызгбетона в сочетании с анкерной крепью.

Постоянная обделка из набрызгбетона в выработке, закрепленной анкерами, может быть выполнена в удалении от забоя без помех для проходческих работ. К ее достоинствам, кроме отмеченных выше, относится отсутствие необходимости в опалубке и последующем нагнетании цементного раствора. В прочных породах возможно возведение обделки из набрызгбетона толщиной 15—20 см по стальной сетке, подвешенной к долговечным анкерам (железобетонным или из алюминиевых сплавов).

Вводимая в набрызгбетон добавка-ускоритель должна обеспечивать необходимые сроки схватывания и твердения, быть дешевой и нетоксичной к снижать конечную прочность бетона не более чем на 15—20 %. Добавки делят на жидкие (растворяемые в воде затворения) и сухие (вводимые в сухую смесь).

Наиболее эффективной жидкой добавкой является паста НКА (2—3% массы цемента); срок схватывания смеси 1—3 мин.

К сухим добавкам, обеспечивающим достаточно быстрое схватывание набрызгбетона, относятся фтористый натрий (1—2% массы цемента, срок схватывания смеси 2—3 мин) и предложенная институтом Оргэнергострой добавка ОЭС, представляющая собой тонкомолотый спек глиноземных заводов, содержащий не менее 65 % алюмината и феррита натрия (3—4 % массы цемента, срок схватывания 3—5 мин).

Значительное влияние на процесс схватывания цемента, величину отскока заполнителей и прочность набрызгбетона оказывает водоцементное отношение, оптимальное значение которого при применении добавки ОЭС составляет 0,4—0,5.

Толщина покрытия из набрызгбетона обычно не превышает 15 см, а из набрызгбетона по сетке, прикрепленной анкерами, — 10 см.

Поэтому закрепляемая выработка должна иметь правильную форму, которая может быть обеспечена применением при проходке гладкого взрывания.

Использование в качестве временной крепи набрызгбетона, наносимого непосредственно по контуру выработки, допускается в породах с коэффициентом крепости f ≥ 6.

Более распространено нанесение набрызгбетона по сетке из проволоки диаметром 4—6 мм с ячейками размерами не менее 100×100 мм, подвешенной к анкерам. В таком виде слой набрызгбетона допускается СНиП II-Д.8-62 в качестве постоянной тоннельной обделки в скальных монолитных и слабо трещиноватых породах. Наличие сетки повышает несущую способность слоя на 30—40%.

Так как сцепление набрызгбетона с породой очень велико, состоящее из него покрытие работает совместно с породой, окружающей выработку, то его расчет представляет собой сложную задачу, тем более что контур выработки, образованной взрыванием, обычно имеет неправильную форму.

Некоторые указания по назначению толщины покрытий из набрызгбетона в зависимости от коэффициента крепости породы, ширины выработки и конструкции покрытия (непосредственно по породе или по сетке, подвешенной к анкерам) имеются в специальной литературе.

Среднюю толщину крепи из набрызгбетона определяют по формуле

,

(159)

где k — коэффициент, определяемый в зависимости от вида крепи (k = 0,35 при крепи из набрызгбетона; k = 0,25 при покрытии набрызгбетонном по сетке, прикрепленной к анкерам, и расстоянии между анкерами а = 0,8÷1,5 м);

а — шаг крепи (расстояние между анкерами), м; при нанесении слоя непосредственно на породу условно принимают а = 1 м;

q — расчетная интенсивность горного давления (например, по теории проф. Протодьяконова), тс/м²;

R_р — расчетное сопротивление набрызгбетона растяжению, тс/м².

Для постоянных обделок полученную по формуле (159) толщину увеличивают на 30—40%.

Формула (159) обобщает опыт применения набрызгбетона, но ее следует рассматривать как приближенную. Создание теории расчета крепей из набрызгбетона, слой которого следует рассматривать как жесткий край выработки, способный работать на растяжение, позволит уточнить эту формулу.