Сплошного забоя способ проходки
СПЛОШНОГО ЗАБОЯ способ проходки (а. full-face drivage; н. Vollausbruchverfahren, Auffahren im vollen Querschnitt, Vollschnittvortrieb; ф. creusement par tranches; и. metodo de avance sin dividir en el carbon у en la roca) — проведение подземных выработок (автодорожных, железнодорожных, гидротехнических тоннелей, тоннелей и станций метрополитена, камер различного назначения) с раскрытием их на полное сечение за один приём. Способ применяют преимущественно в крепких скальных грунтах с коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова более 4, способных обеспечить устойчивость кровли и плоскости забоя. Отличается наибольшей простотой и чёткостью в организации работ, возможностью применения высокопроизводительного горнопроходческого и бетоноукладочного оборудования, что обеспечивает высокие темпы проходки. Основные трудности связаны с переходом к другим способам работ (в случае изменения горно-геологических условий), а также с сохранением вертикальной плоскости забоя.
Выбор комплекса оборудования и организации работ при сплошном забое зависит от свойств грунтов, размеров поперечного сечения и протяжённости подземной выработки. В большинстве случаев грунт разрабатывают буровзрывным способом. При проходке протяжённых тоннелей шириной до 7 м и сечением до 60 м 2 (однопутные железнодорожные тоннели) комплекс обычно включает: буровой агрегат портального типа для бурения и заряжания шпуров, оборки кровли и забоя, установки временной крепи; породопогрузочную машину непрерывного действия или тоннельный экскаватор для погрузки грунта в транспортные средства (например, проходческие вагоны большой вместимости с донным конвейером, объединяемые в бункер-поезда, перемещаемые электровозами, или подземные самосвальные автопоезда). С использованием указанного оборудования скорость проходки достигает 180-220 м/месяц.
Реклама
При проходке крупнопролётных подземных выработок сечением до 100 м 2 и более, когда ширина их достаточна для разминовки горнопроходческого оборудования, обуривание и заряжание шпуров в забое осуществляют с помощью самоходных бурильных установок на пневмоколёсном или гусеничном ходу, а погрузку грунта — экскаваторами или ковшовыми погрузочными машинами с боковой разгрузкой ковша вместимостью до 5-8 м 3 . При этом скорость проходки 120-150 м/месяц.
В ряде случаев для размещения горнопроходческого оборудования устраивают передвижную платформу с консольным мостом, что позволяет совместить погрузку грунта в нижнем ярусе с бурением шпуров и установкой временной крепи в верхней части выработки. Платформа состоит из нескольких секций, которые перемещаются по почве выработки гидравлическими домкратами, а консольный мост передвигается по рельсам, уложенным на платформе. См. рис..
При сплошном забое монолитную бетонную обделку возводят в передвижной инвентарной опалубке, на возможно большем расстоянии от забоя, чтобы упростить организацию работ в тоннеле, разделив участки проходческих и бетонных работ и, соответственно, транспортные потоки.
В 80-е гг. для проходки транспортных и гидротехнических тоннелей сплошным забоем вместо буровзрывного способа применяют тоннелепроходческие машины с рабочим органом роторного действия (при помощи которого разрабатывается грунт), а также системой ковшовых устройств и конвейеров, по которым грунт удаляется за пределы машины и перегружается в транспортные средства. Транспортирование грунта, установка временной крепи и возведение обделки производятся так же, как при обычном горном способе работ.
В практике тоннелестроения известны случаи применения сплошного забоя при пересечении ограниченных зон нарушенных грунтов с использованием для крепления выработки арочной или арочно-бетонной крепи в сочетании с опережающими защитными экранами из труб или бетонными оболочками, устраиваемыми за проектным контуром выработки до начала проходки и с обязательным креплением забоя.
При строительстве тоннелей метрополитена в грунтах средней и слабой устойчивости сплошного забоя используют при бесщитовой (эректорной) проходке с применением частично механизированных комплексов и сборной обделки.
Источник
Способ сплошного проходки забоя
Способы раскрытия сечений выработки
Сооружение тоннеля состоит из двух основных процессов: проходки, т. е. раскрытия выработки с установкой при необходимости временной крепи и возведения обделки, существуют различные способы производства работ, которые подразделяются на три группы.
В первую группу объединяются способы, характеризуемые тем, что сначала сечение выработки раскрывается полностью (за один или несколько приемов) с постановкой, как правило, временной крепи, а затем уже возводится обделка. К этой группе относятся способы полностью раскрытого профиля, сплошного забоя, ступенчатого забоя, верхнего и нижнего уступов, центральной штольни и подсводного разреза, а также способ опорного ядра с податливой обделкой (новоавстрийский).
Вторая группа характеризуется тем, что в первую очередь раскрывается верхняя часть выработки (калотта), после чего бетонируется свод, опирающийся на грунт. Под защитой возведенного бетонного свода производится разработка нижней части выработки (средняя и боковые штроссы) и подводка стен. К второй группе относятся способы опертого свода (одноштольневой, двухштольневой и с опережающей калоттой).
Третья группа отличается тем, что сначала проходят боковые штольни (в один, два или три яруса в зависимости от высоты выработки) на всю длину сооружаемого участка (кольца) тоннеля и в них сразу же возводят стены обделки, после чего проходят верхнюю штольню, раскрывают калотту и бетонируют свод, который опирается на уже готовые подведенные стены. Затем под защитой свода и стен разрабатывают среднюю часть (ядро) сечения выработки, лоток и бетонируют обратный свод. К этой группе относится способ опорного ядра.
Ниже представлены первый способ производства работ. Более конкретно рассмотрим способ сплошного и ступенчатого забоев.
Способ сплошного проходки забоя
Способ сплошного проходки забоя— проведение подземных выработок (автодорожных, железнодорожных, гидротехнических тоннелей, тоннелей и станций метрополитена, камер различного назначения) с раскрытием их на полное сечение за один приём. Способ применяют преимущественно в крепких скальных грунтах с коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова более 4, способных обеспечить устойчивость кровли и плоскости забоя. Отличается наибольшей простотой и чёткостью в организации работ, возможностью применения высокопроизводительного горнопроходческого и бетоноукладочного оборудования, что обеспечивает высокие темпы проходки. Основные трудности связаны с переходом к другим способам работ (в случае изменения горно-геологических условий), а также с сохранением вертикальной плоскости забоя. Способ сплошного забоя следует применять для проходки выработок высотой до 10 м с монолитной обделкой в скальных грунтах. При этом временное крепление выработки при проходке в скальных (невыветрелых) грунтах с коэффициентом крепости от 12 и выше не требуется, а при проходке скальных выветрелых и сильнотрещиноватых грунтов применение временной крепи обязательно.
При способе сплошного забоя (рис. 1), применяемом в устойчивых скальных породах VI категории и выше, раскрытие выработки производят за один прием с установкой в случае необходимости временной крепи, которую, как правило, ставят после уборки породы с буровой рамы, подтянутой к забою.
Рис.1. Способ сплошного забоя
В этом случае отсутствует опережающая выработка. Поэтому при недостаточной изученности геологических условий для предупреждения неожиданного прорыва воды или обрушения более слабых пород целесообразно бурить входящую в состав вруба опережающую скважину диаметром 75—100 мм на глубину до 20—50 м.
В скальных породах средней крепости, требующих закрепления кровли до уборки породы, кровлю временно поддерживают подхватами, подвешенными к ранее установленным стальным аркам, или закрепляют анкерной крепью, устанавливаемой с выдвижных платформ буровой рамы.
Критерием для возможности применения этого способа является безусловная устойчивость забоя без использования несущей забойной крепи. Для обеспечения безопасности работ и предупреждения вывала отдельных кусков породы забой в случае необходимости затягивают вертикальными досками или стальной сеткой, натянутой на рамки из стержней диаметром 10—12 мм. Опорами для досок или рамок служат раздвижные стальные трубы, расположенные поперек забоя в три-четыре яруса и поддерживаемые стержнями, заведенными в наклонные шпуры.
Способ сплошного забоя характеризуется простой и четкой организацией работ, обеспечивающей снижение трудоемкости и высокие скорости проходки. Вследствие значительной площади сечения зажим взрываемой породы окружающим массивом уменьшается и применение глубоких заходок, необходимых для скоростной проходки, не вызывает повышенного расхода ВВ. Однако преимущества этого способа могут быть реализованы лишь при достаточной механо- и энерговооруженности.
Выбор комплекса оборудования и организации работ при сплошном забое зависит от свойств грунтов, размеров поперечного сечения и протяжённости подземной выработки. В большинстве случаев грунт разрабатывают буровзрывным способом. При проходке протяжённых тоннелей шириной до 7 м и сечением до 60 м2 (однопутные железнодорожные тоннели) комплекс обычно включает: буровой агрегат портального типа для бурения и заряжания шпуров, оборки кровли и забоя, установки временной крепи; породопогрузочную машину непрерывного действия или тоннельный экскаватор для погрузки грунта в транспортные средства (например, проходческие вагоны большой вместимости с донным конвейером, объединяемые в бункер-поезда, перемещаемые электровозами, или подземные самосвальные автопоезда). С использованием указанного оборудования скорость проходки достигает 180-220 м/месяц.
При проходке крупнопролётных подземных выработок сечением до 100 м 2 и более, когда ширина их достаточна для разминовки горнопроходческого оборудования, обуривание и заряжание шпуров в забое осуществляют с помощью самоходных бурильных установок на пневмоколёсном или гусеничном ходу, а погрузку грунта — экскаваторами или ковшовыми погрузочными машинами с боковой разгрузкой ковша вместимостью до 5-8 м3. При этом скорость проходки 120-150 м/месяц.
В ряде случаев для размещения горнопроходческого оборудования устраивают передвижную платформу с консольным мостом, что позволяет совместить погрузку грунта в нижнем ярусе с бурением шпуров и установкой временной крепи в верхней части выработки. Платформа состоит из нескольких секций, которые перемещаются по почве выработки гидравлическими домкратами, а консольный мост передвигается по рельсам, уложенным на платформе.
При сплошном забое монолитную бетонную обделку возводят в передвижной инвентарной опалубке, на возможно большем расстоянии от забоя, чтобы упростить организацию работ в тоннеле, разделив участки проходческих и бетонных работ и, соответственно, транспортные потоки.
При строительстве тоннелей метрополитена в грунтах средней и слабой устойчивости сплошного забоя используют при бесщитовой (эректорной) проходке с применением частично механизированных комплексов и сборной обделки.
Источник
§ 57. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (ч. 7)
Особенности проходки в скальных породах. Проходку в скальных породах ведут почти исключительно буровзрывным способом, при котором выполнению цикла работ соответствует продвижение забоя на глубину заходки.
После взрывания забой оказывается заваленным породой, а кровля выработки у забоя — лишенной поддержки и, следовательно, подверженной остаточным деформациям под действием развивающихся в ней растягивающих напряжений. Нарастание деформаций происходит тем быстрее, чем меньше крепость породы и чем больше степень ее трещиноватости и размеры выработки. Этими факторами определяется период, в течение которого кровля может быть безопасно оставлена без поддержки.
В весьма крепких породах выработки часто оставляют без временной крепи до сооружения постоянной обделки.
В крепких скальных породах, устойчивость которых обеспечена в течение сравнительно продолжительного периода, временную крепь устанавливают после уборки породы во время бурения на следующую заходку (со специальной тележки или с буровой рамы, подтянутой к забою). За счет совмещения операций сокращается продолжительность проходческого цикла и увеличивается скорость продвижения забоя.
В менее крепких скальных породах временную крепь устанавливают после уборки породы перед обуриванием забоя на новую заходку.
В породах средней крепости, слабых скальных и полускальных длительное оставление кровли без крепления может вызвать значительные ее деформации с отслоением и выпаданием отдельных глыб, что связано с развитием горного давления. Поэтому крепь ставят сразу после проветривания и оборки кровли.
Изложенные соображения в значительной степени влияют на выбор системы крепи и способа проходки, так как продолжительность периода между раскрытием выработки и установкой временной крепи определяет удобства организации производственного процесса.
При проходке тоннелей в скальных породах применяют только поточную систему развертывания работ по длине выработки. При этом в зависимости от степени устойчивости и крепости пород забой выработки продвигают вперед всем сечением или расчленяют на части, последовательность взрывания которых определяет способ проходки тоннеля. Обделку бетонируют, как правило, в полностью раскрытой выработке.
Наиболее распространенными способами производства работ по сооружению тоннеля в скальных породах являются способы сплошного забоя, ступенчатого забоя и нижнего уступа; менее распространен способ центральной штольни.
Способ сплошного забоя. При способе сплошного забоя (рис. 189), применяемом в устойчивых скальных породах VI категории и выше, раскрытие выработки производят за один прием с установкой в случае необходимости временной крепи, которую, как правило, ставят после уборки породы с буровой рамы, подтянутой к забою.
В этом случае отсутствует опережающая выработка. Поэтому при недостаточной изученности геологических условий для предупреждения неожиданного прорыва воды или обрушения более слабых пород целесообразно бурить входящую в состав вруба опережающую скважину диаметром 75—100 мм на глубину до 20—50 м.
В скальных породах средней крепости, требующих закрепления кровли до уборки породы, кровлю временно поддерживают подхватами, подвешенными к ранее установленным стальным аркам, или закрепляют анкерной крепью, устанавливаемой с выдвижных платформ буровой рамы.
Критерием для возможности применения этого способа является безусловная устойчивость забоя без использования несущей забойной крепи. Для обеспечения безопасности работ и предупреждения вывала отдельных кусков породы забой в случае необходимости затягивают вертикальными досками или стальной сеткой, натянутой на рамки из стержней диаметром 10—12 мм. Опорами для досок или рамок служат раздвижные стальные трубы, расположенные поперек забоя в три-четыре яруса и поддерживаемые стержнями, заведенными в наклонные шпуры.
Способ сплошного забоя характеризуется простой и четкой организацией работ, обеспечивающей снижение трудоемкости и высокие скорости проходки. Вследствие значительной площади сечения зажим взрываемой породы окружающим массивом уменьшается и применение глубоких заходок, необходимых для скоростной проходки, не вызывает повышенного расхода ВВ. Однако преимущества этого способа могут быть реализованы лишь при достаточной механо- и энерговооруженности.
Забой обуривают бурильными машинами, смонтированными на самоходной установке или буровой раме (см., например, рис. 139), позволяющей с нескольких перестановок обурить весь комплект шпуров и обеспечивающей возможность пропуска под ней погрузочных машин. Обязательными принадлежностями буровой рамы должны быть стальной козырек, гарантирующий безопасность бурильщиков, и подъемное устройство для подачи элементов крепи и бурового оборудования.
Способ ступенчатого забоя. Видоизменением способа сплошного забоя валяется способ ступенчатого забоя (рис. 190), при котором сечение расчленяют на две части: калотту 1 и несколько отстающую от нее штроссу-ступень 2. Условия взрывания шпуров ступени более благоприятны, чем шпуров калотты (две плоскости обнажения), поэтому коэффициент их использования несколько выше. В связи с этим для получения одинакового продвижения обоих забоев целесообразно применять в калотте шпуры большей глубины.
Шпуры калотты бурят с применением легких разборных подмостей со ступени, длину которой для облегчения условий труда бурильщиков принимают равной примерно 1,5 глубины заходки. Взрывание шпуров выполняют с некоторым опережением шпуров ступени, чтобы уменьшить зажим породы калоттного сечения. В результате взрыва на ступени задерживается сравнительно небольшое количество породы либо происходит ее полная очистка, что может быть достигнуто при создании направленного взрыва, для чего необходимо некоторое усиление нижних шпуров калотты.
После проветривания выработки обуривают калотту с одновременной погрузкой породы в нижней части сечения. В случае необходимости устанавливают стальные арки или рамы полигональной крепи, опирающиеся на уступы породы за пределами проектного контура выработки. Для этого боковые части ступени расчищают от породы, сбрасываемой вниз. Чтобы избежать этого, можно поддерживать кровлю при помощи балок-подхватов, подвешиваемых к предыдущим аркам или рамам. Установку анкерной крепи и бурение контурных шпуров калотты ведут с легких разборных подмостей.
Ступень обуривают горизонтальными отбойными и наклонными контурными шпурами после окончания погрузки породы. В средней части ступени можно бурить вертикальные шпуры во время погрузки породы.
Таким образом, при способе ступенчатого забоя могут быть совмещены наиболее трудоемкие процессы — бурение и погрузка породы, благодаря чему сокращается время цикла и увеличивается скорость проходки. Работы сосредоточены на коротком участке и организуются по одной циклограмме. Расчленение забоя на две части обеспечивает его устойчивость в менее прочных породах, чем при способе сплошного забоя.
Недостатками способа ступенчатого забоя являются обуривание калотты и установка крепи без оборудования, способствующего ускорению этих процессов (например, без буровых подмостей). Этим определяются условия применения способа при отсутствии достаточных средств механизации, необходимых для применения более прогрессивного способа сплошного забоя, или в породах, где применение этого способа недопустимо вследствие недостаточной устойчивости забоя полной высоты. В последнем случае целесообразно отказаться от совмещения операций и выполнять крепежные и буровые работы с оснащенных выдвижными платформами буровых подмостей, подвигаемых к забою после окончания погрузки породы. При этом длина ступени уменьшается до глубины заходки.
Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены
Источник
