§ 99. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ ПОД СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ (ч. 1)

Сжатый воздух как средство осушения забоя и его стабилизации применяется при щитовой проходке в качестве крайней меры (ввиду вредного действия на здоровье рабочих), когда другие технические мероприятия (искусственное водопонижение, герметизация проходки) не могут быть эффективно использованы.

Щитовая проходка под сжатым воздухом может производиться в обводненных песках, водонасыщенных неустойчивых породах, устойчивых породах при малой толщине их залегания над тоннелем, а также при сооружении подводных тоннелей, когда имеется опасность прорыва воды в тоннель.

Определение давления и расхода сжатого воздуха. Давление сжатого воздуха зависит от гидростатического давления, характера геологических условий и высоты поперечного сечения тоннеля. Это давление, как правило, не должно превышать гидростатического напора на уровне нижней трети высоты забоя, т.е.

,
(247)

где p — интенсивность давления воздуха, кгс/см2; Н — глубина заложения верха тоннеля от уровня воды, м; D — внешний диаметр щита, м.

Такое требование объясняется тем, что при горизонтальных проходках под сжатым воздухом необходимо поддерживать режим, при котором исключается опасность прорыва воды в нижней части забоя и сжатого воздуха — в верхней.

Так как наибольшую опасность всегда создает давление воздуха, большее необходимого для отжатия воды, то, допуская некоторое обводнение нижней трети сечения, снижают разницу в давлении сжатого воздуха и гидростатического напора на уровне верха сечения. В связи с этим требуется дополнительно ограждать обводненную часть забоя.

Потребность в сжатом воздухе может быть установлена на основании отчетных данных о постройках тоннелей в аналогичных условиях. Для предварительного определения расхода воздуха могут быть использованы эмпирические формулы, выведенные на основании опытных данных. Трудность теоретического обоснования расхода воздуха объясняется различной воздухопроницаемостью проходимых пород. По опыту Московского метростроя, все породы можно разбить на 6 групп, отличающихся величиной коэффициента воздухопроницаемости в пределах от 0,5 до 2. Низший предел соответствует наиболее плотным породам, а высший — наиболее пористым.

При условии пренебрежения сравнительно небольшими утечками воздуха через зачеканенные швы обделки и через шлюзовые устройства можно учитывать только утечки через забой и строительный зазор, зависящие от воздухопроницаемости пород.

Объем подаваемого в тоннель сжатого воздуха V3/мин), приведенного к нормальному давлению, может быть при этих условиях приближенно оценен по следующей зависимости1:

,

где D — диаметр выработки, м; а — практический коэффициент воздухопроницаемости породы; р — давление сжатого воздуха, кгс/см2; L — наибольшее расстояние от забоя до шлюзовой перегородки, м.

Расход воздуха определяется по наибольшей утечке, а не по условиям прорыва. Обычно производительность компрессоров устанавливают с учетом резерва в пределах 20—50% для условий централизованного воздухоснабжения от нескольких местных станций и до 100 % для индивидуальных установок (например, на искусственных островках). Для полной гарантии безопасности и бесперебойности работ требуемый резерв должен быть обеспечен независимым источником энергии.

Обычно компрессорную станцию оборудуют несколькими компрессорами, что обеспечивает возможность замены или ремонта любого из них двумя последовательно поставленными воздухосборниками суммарным объемом , где Q — производительность компрессорной станции, м3/мин.

Компрессорную станцию необходимо помещать вне зоны задымления и возможных осадок поверхности в результате проведения выработок.

Нагнетаемый в рабочую зону воздух тщательно очищают от пыли, масляных паров и перегара при помощи специальных фильтров. Работу фильтров и воздухосборников проверяют не реже трех раз в месяц, делая анализы сжатого воздуха. Температура подаваемого воздуха не должна превышать 22° С в теплое время года и не быть ниже 15° С в холодное время.

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