§ 95. РАБОТЫ В ЗАБОЕ НЕМЕХАНИЗИРОВАННОГО ЩИТА (ч. 3)

Проходка в неустойчивых породах. Принципиальная характеристика неустойчивых пород в зависимости от их структуры и естественного состояния приведена выше. Применяемая в отдельных случаях проходка в таких породах обычными щитами отличается сложностью, требует высокой квалификации рабочих и особой тщательности выполнения всех операций. Главная задача в процессе проходки — не допускать выпуска породы, что может привести к тяжелым последствиям (затоплению тоннеля, образованию воронок на поверхности и разрушению зданий). Поэтому все проходческие процессы, применяемые в щитах открытого типа, должны выполняться, как правило, под защитой ножевой части. Естественно, что проходку ведут только при глухом забое без опережающих выработок.

Особое значение при проходке в неустойчивых породах имеет надежное ограждение верха выработки. Для этой цели применяют выдвижные и постоянные козырьки, которые должны опережать переднюю плоскость ножевого кольца настолько, чтобы внутри верхних ячеек щита могла образоваться осыпь породы под углом обрушения.

Чтобы уменьшить величину опережения и придать всему забою устойчивость, рекомендуется разделять забой на дополнительные ярусы устройством рассекающих площадок, в том числе и вибрационного действия (см. рис. 316).

Выдвижные козырьки, рассмотренные в разделе конструкции щитов, могут быть выполнены в виде цельной арки, отдельных секций, а также выдвижных балок.

До передвижения щита козырек первым перемещается вперед при помощи специальных домкратов или рычажных систем. Для уменьшения сопротивления врезанию необходимо вести подработку породы. После разработки породы при последующем перемещении щита козырек вновь приводится в исходное положение.

Роль козырька особо важна при ведении проходческих работ на небольшой глубине от поверхности. В этом случае козырек, будучи неподвижным во время перемещения щита, исключает непосредственное воздействие щита на породу (трение) и предотвращает продольные смещения налегающей массы породы.

В сухих песчаных породах иногда применяют неподвижный козырек в виде стальных балок или рельсов, прочно скрепленных с ножевой частью щита. Расстояние между этими балками выбирается с расчетом местного сводообразования, что предотвращает смещения и обрушения в забое.

При проходке обычными щитами в неустойчивых водоносных породах применяют в зависимости от местных условий искусственное водопонижение или сжатый воздух как средство отжатия воды и осушения забоя на некотором расстоянии впереди щита (более подробно о работе под сжатым воздухом будет сказано в § 99). В случае применения искусственного водопонижения приемы проходки аналогичны рассмотренным ранее.

При проходке под сжатым воздухом (см. рис. 337, б) нижнюю часть забоя на высоте трети диаметра щита обычно ограждают стальной диафрагмой 11 с отверстиями 12 для впуска породы 13. Кровля и боковые части выработки находятся под защитой ножевой части щита.

Для обеспечения устойчивости забоя и его разделения по высоте на независимые участки обычно применяют в отдельных ярусах щита забивную металлическую крепь 9. Боковые части ограждают дощатой крепью 8 и 10. Забойные домкраты поддерживают крепь через распределительные брусья 7.

Разработку породы ведут в зависимости от ее состояния небольшими заходками (до 0,25—0,30 м) сверху вниз одновременно во всех ячейках определенного яруса. Разработанную породу перекидывают в направляющие лотки. Щит в этом случае перемещают после каждого перекрепления забоя, т.е. 3—4 раза, после чего укладывают одно кольцо обделки.

Крепление забоя при проходке в глинах и неустойчивых породах
Рис. 337. Крепление забоя:
а — в ячейке щита при проходке в глинах; б — при проходке в неустойчивых породах

Работа по перекреплению должна проводиться на высоту до 0,3 м, что сопряжено с необходимостью применения последовательно укорачиваемых распределительных брусьев, поддерживаемых забойными и вспомогательными домкратами. Такой способ проходки может использоваться на отдельных участках, где нецелесообразно применять специальные щиты.

Главный недостаток этого способа — отсутствие механизации, необходимость больших затрат времени на вспомогательные операции (при высокой квалификации проходчиков) и сравнительно небольшие темпы проходки. Поэтому целесообразно вводить в призабойную часть устройства, позволяющие устранить указанные недостатки. К таким устройствам относятся дополнительные местные диафрагмы, секторные затворы, а также сплошные диафрагмы с отверстиями для частичного впуска породы (рис. 338).

Дополнительные местные диафрагмы (см. рис. 338, а) представляют собой систему двух коротких диафрагм 1 и 3, одна из которых помещается наверху ячейки с передней стороны опорного кольца 2, а другая — внизу с противоположной его стороны. При этом в случае прорыва воды в забое образуется своеобразный гидравлический затвор, так как вода, поднявшаяся до уровня нижнего края передней диафрагмы, не сможет подняться выше вследствие противодавления сжатого воздуха, выход которому в сторону забоя закрыт водной преградой. Очевидно, что такое ограждение, препятствующее затоплению тоннеля, имеет лишь противоаварийный характер и отнюдь не умаляет роли основных средств крепления забоя.

Секторные затворы (см. рис. 338, б),помещаемые по одному в каждой ячейке щита, представляют собой вращающийся цилиндрический сегмент 4, состоящий из согнутого стального листа δ = 16÷20 мм, усиленного уголками, и треугольной рамы для соединения с горизонтальными шарнирами.

Такое устройство всегда находится в поднятом положении и в неустойчивом равновесии; оно закрепляется при помощи удерживающего приспособления. В случае экстренной необходимости оградить ячейку выключают стопорное устройство. Затвор закрывается и предотвращает поступление разжиженной породы.

Противоаварийные ограждения указанных типов широко применялись в зарубежной практике щитовой проходки в неустойчивых водоносных породах и показали положительные результаты, тем не менее нельзя признать их совершенными. Необходимо механизировать процесс крепления и отбора породы путем превращения пассивного ограждения в активный агрегат.

Сплошные диафрагмы с отверстиями для частичного впуска породы (см. рис. 338, в) применяются в случае проходки в разжиженных породах, например в илистых. Щит полностью закрепляется диафрагмами 5, в которых предусматриваются отверстия 6, закрепляемые дверями или гидроприводными задвижками.

Противоаварийные устройства
Рис. 338. Противоаварийные устройства

Во время передвижения щита ил вдавливается через отверстия в диафрагмах и погружается на транспортные средства. При работе под сжатым воздухом ил приближается по своей консистенции к пластичной глине. В этом случае погрузка производится обычным способом, но с предварительным разрезанием массы ила на отдельные куски.

В особых случаях при мощных слоях ила и глубоких водных преградах допускается применять способ вдавливания без пропуска ила внутрь щита. Лишь в целях управления щитом часть ила в объеме 5—10 % впускается в щит через среднее отверстие в диафрагме. Зарубежный опыт проходки в иле показал хорошие результаты управления щитом путем регулирования объема ила, впускаемого внутрь. Для опускания щита необходимо увеличить впуск ила внутрь, а для подъема — уменьшить его.

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