Закрытые способы производства земляных работ и область их применения
Закрытые способы производства земляных работ(без отрывки траншей или котлованов) широко применяются при прокладке подземных коммуникаций и устройстве различных подземных выработок (проходок) под зданиями, сооружениями, улицами, дорогами и в других случаях, когда открытым способом вести работы невозможно. В зависимости от требуемых размеров и длины подземной проходки применяют: прокол и пневмопробивку грунта, вибровакуумный и гидромеханический способы, способ продавливания и горизонтального бурения, щитовую проходку, микрощиты и т.д. (рис. 5.4).
Прокол– образование отверстий за счет радиального уплотнения грунта при вдавливании в него трубы с коническим наконечником, приваренным к её торцу.
Способ проколанаиболее технологичный, хорошо освоен специализированными подразделениями и находит широкое применение в практике гражданского и промышленного строительства. Прокалывание применяется для прокладки трубопроводов диаметром до 400 мм на расстояние до 50 м
и осуществляется при помощи одного или нескольких гидравлических домкратов. Первое звено прокладываемого трубопровода снабжается острым закрытым наконечником и укладывается на направляющие рамы. Давление домкрата на трубу передается через шомпол с переставным штоком. Расстояние между отверстиями на шомполе равно длине рабочего хода поршня домкрата. По мере вдавливания труба наращивается. Опорой для домкрата служит укрепленная щитом стенка приямка. Способ прокола может применяться при прокладке труб на глубине не менее 3 м в грунтах, не содержащих валунов и других твердых включений. В противном случае вдавливаемая труба может потерять прямолинейное направление или выйти на поверхность земли.
Рис. 5.4. Закрытые способы разработки грунта: а) прокалывание; б) продавливание;
в) горизонтальное бурение; l — ход штока; 1 – крепление передней стенки рабочего котлована; 2 – упор, устанавливаемый на задней стенке рабочего котлована;
3 – гидравлический домкрат; 4 – шомпол; 5 – труба; 6 – конический наконечник;
7 – приямок для наращивания трубы; 8 – привод; 9 – шнековое устройство для извлечения грунта из трубы; 10 – рама, передающая давление; 11 – реечный домкрат;
12 – вращающийся шпиндель; 13 – режущая коронка; 14 – лоток и приямок для пульпы
Пневмопробивкаскважин ведется при помощи специального самодвижущегося пневмопробойника, работающего на сжатом воздухе. Он прост по устройству, надежен в эксплуатации, может применяться в стесненных условиях и обеспечивает высокую скорость проходки скважин. Пневмопробойники применяют для проходки в грунте скважин диаметром 50. 400 мм (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Пневмопробойник: 1 – корпус; 2 – съемный расширитель;
3 – ударник; 4 – золотник; 5 – реверсивное устройство; 6 – рукав
Практика показывает, что при встрече пневмопробойника с твердыми включениями (гравием, щебнем, строительным мусором и др.) или при проходке скважин в грунтах с прослойками различной плотности он отклоняется от проектной оси скважины, и возвратить его обратно на дневную поверхность часто оказывается невозможным. Поэтому пневмопробойники можно эффективно использовать для проходки скважин только в однородных грунтах и на расстояние не более 50 м. Их используют не только для пробивки скважин, но также и для забивки горизонтальных труб открытым концом под автомобильными и железными дорогами, с последующим извлечением грунта из трубы сжатым воздухом или желонкой (совком на приводе). Самый мощный пневмопробойник диаметром 400 мм может забить трубу диаметром до 2 м на расстояние 30. 40 м.
Пневмопробойники широко применяют для разрушения изношенных трубопроводов и одновременного затягивания в их полость новых трубопроводов, а также для забивки шпунта и свай, устройства набивных свай, глубинного уплотнения грунта и др.
Вибровакуумный способ устройства горизонтальных скважин осуществляется установкой, состоящей из проходческого снаряда, лебедки и вакуум-насоса с грунтоулавливателем. На штанге проходческого снаряда закреплен стакан (отрезок трубы длиной 1,5…2 м с одним открытым концом) с вибратором (рис. 5.6). При помощи лебедки стакан прижимается к грунту. Вакуум-насосом в нем создается разрежение. Под действием атмосферного давления и лебедки стакан погружается в грунт и заполняется им. После продвижения на глубину 1,5 м снаряд извлекают, грунт из стакана удаляют и цикл повторяется. При каждом последующем цикле штанга наращивается. С помощью этого способа можно прокладывать скважины диаметром 200…500 мм, длиной до 25 м.
| Рис. 5.6. Прокладка горизонтальных скважин вибровакуумным способом: 1 – лебедка; 2 – грунтоулавливатель; 3 – вакуум-насос; 4 – труба; 5 – вибратор; 6 – штанга |  |
Гидромеханический способ прокладки трубопроводов основан на использовании разрушающего действия струи воды. Первое звено проталкиваемой трубы снабжается конической насадкой с отверстием. В насадку под давлением подается вода. Выходя из насадки с большой скоростью, она разрушает грунт и выносит его в пульпосборный приямок. Из приямка пульпа удаляется насосом. Проталкивание трубы ведется лебедкой. Гидромеханическим способом прокладываются трубы диаметром до 600 мм на расстояние до 50 м. Наибольшая скорость прокладки труб достигается в несвязных грунтах (рис. 5.7).
| Рис. 5.7. Прокладка трубопровода гидромеханическим способом: 1 – лебедка; 2 – грунтонасос; 3 – насадка; 4 – пулытосборник; 5 – прокладываемая труба |  |
Для упора домкратов служит стенка, состоящая из двух рядов брусьев. После возвратного движения штока домкрата между нажимным фланцем и торцом трубы устанавливают нажимной патрубок, равный длине штока домкрата, и повторяют цикл продавливания Для следующего цикла применяют патрубки двойной длины Далее к трубе приваривают очередное звено Грунт удаляют вручную шнеками, размывают водой Трубы используют часто как футляры для размещения в них основных трубопроводов. Скорость проходки не превышает 3 м в смену.
Способ продавливанияприменяют для прокладки стальных труб диаметром 500…1800 мм и длиной до 80 м. Установка состоит из рамы с одним или несколькими домкратами, которые передают усилие на торец трубы через надеваемый на него нажимной фланец. Другой конец трубы снабжён ножевым кольцом большего диаметра для уменьшения сопротивления грунта.
Для упора домкратов служит стенка, состоящая из двух рядов брусьев. После возвратного движения штока домкрата между нажимным фланцем и торцом трубы устанавливают нажимной патрубок, равный длине штока домкрата, и повторяют цикл продавливания. Для следующего цикла применяют патрубки двойной длины. Далее к трубе приваривают очередное звено. Грунт удаляют вручную шнеками, размывают водой. Трубы используют часто как футляры для размещения в них основных трубопроводов. Скорость проходки не превышает 3 м в смену.
Горизонтальное бурение применяют для прокладки в глинистых грунтах трубопроводов диаметром 800. 1000 мм на длину 80. 100 м. Конец трубы снабжают режущей коронкой увеличенного диаметра, труба приводится во вращение от двигателя, установленного на поверхности земли у бровки котлована. Поступательное движение трубы обеспечивается реечным домкратом с упором в заднюю стенку котлована, усиленную двумя рядами брусьев. Удаление грунта из трубы аналогично как при способе продавливания. Производительность проходки 4. 5 м/ч.
Щитовая проходка применяется для устройства выработок диаметром 1,5 м и более на длину до 150 м (рис. 5.8). Проходческий щит состоит из трех основных отсеков: рабочего (режущая часть с козырьком), опорного (домкратного) и хвостового. В рабочем отсеке ведется разработка грунта. Козырек применяется при проходке выработок в слабом грунте и предотвращает его обрушение. В опорной части щита размещены домкраты, которые опираются на обделку выработки и вдавливают щит в грунт. В хвостовой части ведется обделка проходки блоками.
Рис. 5.8. Схема проходки туннеля с помощью щита:
1 – полость, заполняемая бетонной смесью; 2 – обделка туннеля из тюбингов;
3 – обойма щита; 4 – домкраты; 5 – режущий край; 6 – защитный козырек;
7 – рабочая платформа; 8 – эжектор; 9 – вагонетка; 10 – рукав растворонасоса
Микрощиты используют для проходки в грунте скважин диаметром до 300 мм. Отличительной особенностью микрощитов является возможность выполнять скважины практически во всех грунтах и необходимой длины. Микрощиты снабжены компьютерной лазерной системой наведения, которая обеспечивает достижение высокой точности проходки скважины. Микрощит комплектуется находящимся на поверхности оборудованием для приготовления и подачи бентонитового раствора в забой и удаления шлама из скважины.
Установки наклонного (горизонтального) направленного бурениянашли применение при проходке скважин диаметром 50. 1420 мм на длину до 0,5 км. Отличительной особенностью этих установок является то, что они позволяют изготавливать скважины по криволинейной трассе, обходя препятствия, и одновременно затягивать в них любые виды коммуникаций, в том числе и по дну (под дном) водных преград. Сущность данной технологии состоит в следующем.
На первом этапе работ на запланированной трассе при помощи компьютерной системы контроля пробуривается пилотная скважина буровой головкой или резцом диаметром 60. 150 мм, смонтированной на приводной полой штанге. При выходе буровой головки на поверхность в заданной точке ее снимают и к приводной штанге присоединяют расширитель диаметром от 200 до 1420 мм (в зависимости от диаметра затягиваемой в скважину коммуникации), к которому с помощью вертлюга (серьги) присоединяют трубопровод или кабель. Затем при вытягивании с вращением штанги производят расширение пилотной скважины и одновременное затягивание в расширенную скважину коммуникации. В процессе бурения пилотной скважины по полым приводным штангам к буровой головке подается под высоким давлением (до 800 атмосфер) бентонитовый раствор. Аналогично, при возвратном движении к расширителю также подается такой же раствор, который предотвращает обрушение стенок скважины и облегчает затягивание в скважину прокладываемой коммуникации.
Высокочастотные компьютерные системы контроля передают на дисплей оператора необходимую информацию о траектории движения буровой головки и о месте ее нахождения в данный момент. Если движение начинает отклоняться от проектной траектории, то оператор приостанавливает вращение приводной штанги, осуществляет их задавливание без вращения, чем добивается возвращения буровой колонки к нужному направлению.
Для бестраншейной проходки используют раскатчик грунта – одну из лучших установок направленного горизонтального бурения. В отличие от бурового инструмента, который выбирает и извлекает грунт из скважины, раскатчик ввинчивается в породу, уплотняет и раздвигает его в радиальном направлении. Стенки скважины уплотняются настолько, что их нет необходимости укреплять бентонитовым раствором, после прохождения раскатчика грунт вокруг коммуникаций не проседает, в том числе и в период эксплуатации проложенной трубы, что значительно повышает срок ее службы. Важное отличие раскатчика от бурового инструмента в значительно меньшем задавливающим усилии для его перемещения в грунте за счет того, что раскатчик является самозавинчивающимся механизмом. Поэтому для раскатчика требуется насосная станция значительно меньшей мощности. Кроме этого при монтаже привода раскатчика для восприятия осевых залавливающих усилий требуются менее мощные анкерные устройства по сравнению с буровым инструментом. Освоено производство раскатчиков скважин диаметром 80, 140, 200, 260 и 370 мм.
Раскатчики могут быть использованы для устройства набивных свай, анкеров, стены в грунте, для зондирования и глубинного уплотнения грунтов. С помощью раскатчика можно ремонтировать и трубопроводы: раскатчик ввинчивается в старую трубу, разрушает ее и одновременно затягивает внутрь новую трубу.
Дата добавления: 2015-02-05 ; просмотров: 7330 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Закрытый способ разработки грунта.
К563
С.Б. Коваль, М.В. Молодцов
Технология Возведения Зданий и Сооружений
Курс лекций для заочников
Технология возведения земляных сооружений
УДК 69.05(075.8) + 69.003.1(075.8)
Коваль С.Б., Молодцов М.В. Технология возведения зданий и сооружений: Курс лекций для заочников. Технология возведения земляных сооружений – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2003. – 25 с.
Приведены классификации земляных сооружений и требования, предъявляемые к ним. Рассмотрены основные способы разработки грунтов. Описаны последовательности и особенности производства работ закрытым способом буровзрывным способом. Рассмотрены вопросы взаимоувязки работ.
Курс лекций предназначен для студентов архитектурно-строительного факультета вечерней и заочной форм обучения.
Одобрено учебно-методической комиссией архитектурно-строительного факультета.
Рецензенты: Кромский Е.И.
© Издательство ЮУрГУ, 2003.
Оглавление
Классификация земляных сооружений. 4
Способы разработки грунта. 5
Механический способ. 5
Гидромеханический способ. 8
Взрывной способ. 9
Комбинированный способ. 10
Закрытый способ разработки грунта. 13
Буровзрывной способ. 17
Проходка тоннеля. 18
Возведение постоянной обделки тоннеля. 21
Возведение свода постоянной обделки. 22
Возведение обратного свода (лотка). 23
Первичное нагнетание цементно-песчанного раствора. 24
Взаимоувязка процессов производства земляных работ. 26
Классификация земляных сооружений.
Земляное сооружение – инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое из грунта, уложенного на поверхности земли.
Классификация земляных сооружений осуществляется в зависимости от различных признаков:
по отношению к поверхности земли разделяют
выемки – земляные сооружения созданные в грунтовом массиве ниже поверхности земли;
насыпи – сооружения возводимые из грунта выше поверхности земли;
подземные выработки – возводятся на определенной глубине и закрытые с поверхности земли;
· по функциональному назначению:
гидротехнические – плотина, дамба, канал. ;
мелиоративные – искусственные пруды, водоподводящие и осушительные каналы. ;
дорожные – нижнее строение автомобильных и железных дорог;
промышленного и гражданского назначения – спланированные площадки, котлован, траншея, тоннель, отвал. ;
· по срокам службы:
постоянные – эксплуатация в течении длительного времени;
временные – устраиваются для выполнения последующих строительно-монтажных работ.
Способы разработки грунта.
1) Механический способ заключается в отделении грунта от земляного массива резанием с помощью землеройно-транспортных и землеройных машин без предварительной обработки и рыхления.
2) Гидромеханический способ заключается в разработке грунта с помощью напорной водяной струи гидромониторных установок и/или намыве грунта при устройстве вертикальной планировки и т. д.
3) Взрывной способ заключается в разработка грунта с помощью взрывов предназначен для возведения различных инженерных земляных сооружений.
4) Комбинированный способ заключается в выполнении различных подготовительных мероприятий с целью улучшения свойств грунта перед его дальнейшей разработкой: рыхление, размораживание, регулирование влажности и т. д.
5) Закрытый способ выполняется при разработках подземных выработок, а также при прокладке инженерных сооружений без разработки грунта. Различают следующие основные методы закрытой проходки: прокалывание, продавливание, горизонтальное бурение, вибропрокалывание, щитовая проходка, штольневая проходка, буровзрывной способ.
Механический способ
Механический способ производства земляных работ позволяет значительно сократить трудоемкость производства работ, улучшить строительные качества грунта и сократить объемы земляных работ. Эти задачи решает целый парк машин и механизмов применяемых в строительстве (рис. 1).
Механическим способом выполняют вертикальную планировку, устройство выемок и насыпей (табл. 1).
| № | Вид работ | Механизмы | Технологические особенности производства работ |
| Вертикальная планировка площадки | Бульдозер | Разрабатывается грунт I и II групп, и III группы с предварительным рыхлением. Эффективно применять при перемещении грунта до 100 метров. | |
| Скрепер | Разрабатывается грунт I и II групп. Эффективное применение: прицепных -1000 м, самоходных -5000 м. | ||
| Экскаватор прямая лопата | Разрабатываются I, II, III гр. и IV, V, VI с предварительным рыхлением. Эффективно применять с автосамосвалами при дальности отвозки более 1000 м. Высота срезаемого слоя грунта должна обеспечивать полное заполнение ковша за один раз. | ||
| Устройство выемок | Экскаватор прямая лопата | Устройство котлованов глубиной до 4 м., более 4 м работа уступами. Объем ковша 0.15…0.65 м 3 по срезке защитного слоя. | |
| Экскаватор обратная лопата | Устройство траншей и небольших котлованов глубиной до 4 м. Объем ковша около 0.5 м 3 | ||
| Драглайн | Глубокие котлованы до 20 м. | ||
| Грейфер | Устройство узких и глубоких котлованов, колодцев. | ||
| Бульдозер-экскаватор обратная лопата, драглайн. | Небольшие котлованы с перемещением грунта до 100 м, срезаемого слоями по 0.6…0.8 м, с последующей погрузкой в автосамосвалы. | ||
| Многоковшовые экскаваторы. | Устройство траншей глубиной до 3.5 м и шириной до 0.85 м. Траншеи устраиваются только с вертикальными стенками. | ||
| Устройство насыпей, земляного полотна | Бульдозер | Высота насыпи в пределах 1.5м. Грунт берется из бокового резерва в пределах 100 м от насыпи. | |
| Скрепер | При работе по «эллипсу» высота насыпи составляет порядка 1.5 м при дальности транспортирования 1000 м. По «восьмерке», соответственно, 6 м и 2000 м, а по зигзагообразной схеме 6 м. и продолжительность неограниченна. | ||
| Грейдер | Высота насыпи порядка 1 м, при протяженности до 3000 м. размер захватки 300 м. | ||
| Экскаватор драглайн | Размеры насыпи не ограничены. Обязательно уплотнение грунта. |
Машины для земляных работ
Землеройные машины
Экскаваторы циклического действия (прямая и обратная лопата, грейфер, драглайн)
С гибкой подвеской
С жесткой подвеской
С телескопическим оборудованием
Экскаваторы непрерывного действия
Машины для уплотнения грунта
Машины для вспомогательных работ
Бурильные машины
Машины для ударного бурения
Машины для вращательного бурения
Машины для вибрационного бурения
Рис. 1 Машины для земляных работ
Гидромеханический способ
Грунт разрабатывают, транспортируют и укладывают в тело сооружения или отвал с помощью воды. Данный способ применяется при наличии легко размываемых грунтов и достаточного ресурса воды. К достоинствам метода относят:
· высокую производительность выполнения работ;
· непрерывность подачи грунта;
· возможность подачи грунта в труднодоступные участки;
· возможность разработки обводненных и подводных выемок без осушительных и водопонизительных работ
При вертикальной планировке размывают грунт на участках выемок и укладывают его в насыпь. Большие площадки намывают грунтом из карьеров, расположенных на суше или на дне реки (водоема). При разработке грунта на суше применяют гидромониторные установки, а при подводной разработке – землесосные снаряды.
Гидромониторная установка состоит из гидромониторов, присоединенных к магистральному трубопроводу, по которому из насосной станции под значительным напором (60. 80 м) подают воду. На конце ствола гидромонитора навинчивается насадка, формирующая выбрасываемую с большой кинетической энергией струю воды, (создавая скорость движения струи по выходе из насадки 10 . 35 м/с.), В результате ударного действия струи грунт разрушается и образуется гидросмесь (пульпа), которая самотекам по лоткам и канавам направляется в насыпь. При расположении насыпи выше уровня забоя или для увеличения дальности транспортирования, пульпа вначале поступает по канавам в зумпф или приемный колодец, а затем ее перекачивают по пульповоду землесосной установкой.
Землесосные снарядысостоят из передвижных землесосных установок, монтируемых на понтонах или суднах, всасывающих устройств с механическими рыхлителями грунта, плавучих пульповодов на понтонах с шарнирным соединением труб, лебедок и якорей для фиксирования рабочего положения.
Принцип работы земснаряда основан на засасывании частиц грунта вместе с водой со дна водоема и подаче пульпы по напорному трубопроводу для намыва насыпи. Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической величины. Возводимую насыпь разбивают в плане на карты-захватки, на которых поочередно выполняют намыв грунта и подготовительные работы к намыву следующего слоя. По контуру очередной карты бульдозером возводят земляной вал на высоту намываемого слоя пульпы и наращивают установленный ранее в пределах карты водосбросный (дренажный) колодец с выпускаемой трубой.
Взрывной способ
Способ «на выброс» может быть применен при устройстве выемок, траншей, котлованов, земляных насыпей, шахт, галерей и т.д. В городских условиях взрывной способ может применяться в исключительных случаях, в то время, как на открытой местности он может быть основным способом производства земляных работ.
Взрыв – воспламенение химических или механических соединений под влиянием определенных внешних воздействий, образующих сильно нагретые и обладающие большим давлением газы, вызывающие ударную волну распространяющуюся во все стороны.
Действие взрыва на грунт представлено на рис.2. Для получения требуемых размеров выемки взрывают 1) одиночные сосредоточенные, 2) групповые сосредоточенные или 3) удлиненные заряды (схемы расстановки зарядов в зависимости от вида земляного сооружения представлены на рис.3). Большее количество рядов не рекомендуется, так как при этом большее количество грунта падает обратно в выемку.
Рис. 2 Элементы воронки
r – радиус воронки; d – высота гребня воронки; h – глубина заложения заряда.
Рис. 3 Схемы расположения сосредоточенных зарядов
Взрыв с направленным выбросом грунта позволяет уменьшить падение грунта обратно в выемку или применяется для устройства насыпей (см. рис. 4). Заряды располагают в два, три ряда с направленным действием в сторону выброса. Причем величина показателя выброса каждого следующего ряда зарядов, по удалению от направления выброса, больше на 0.5 показателя предыдущего ряда.
Рис. 4 Направленный одновременный взрыв
Разновременный взрыв с задержкой каждого ряда направленного взрыва на 2…4 сек. еще больше способствует эффекту направленного взрыва (см. рис. 5).
Рис. 5 Направленный разновременный взрыв
Комбинированный способ
Комбинированный способ включает в себя различные комбинации известных способов разработки грунта и предварительной его обработки с целью получения требуемых свойств:
· регулирование влажности грунта при его уплотнении;
· предохранение грунта от промерзания;
· рыхление, засоление, утепление
· оттаивание мерзлого грунта;
· с помощью пара, горячей водой, огневой метод , электропрогрев
· механическое рыхление грунта;
· разработка прочных грунтов специальными рабочими органами на базе гидравлических экскаваторов (см.рис.6);
· дробление грунта путем его взрыва методом на рыхление (см.рис.7);
· разрушение с помощью гидравлической энергии (см.рис.8);
· разрушение тепловой и электромагнитной энергией (см.рис.9), чем выше частота тока, тем сильнее влияние магнитного поля, которое преобразуется в тепловую энергию и т.д.
Рис. 6 а) распределение необходимых значений сил воздействия; б) опорно-захватное спецоборудование; в) ковш активного действия; г)захватно-клещевое спецоборудование.
Рис. 7 Взрывание грунта методом на рыхление.
а) размещение шпуров и зарядов; б) устройства котла в шпуре, 1,2,3 – увеличение камеры для взрывных зарядов до нужных размеров с помощью предварительных прострелов.
Рис. 8 Разрушение с помощью гидравлической энергии.
а) электрогидравлическое разрушение, б) взрывогидравлическое разрушение; 1 – образующаяся в результате пробоя жидкости разрядная плазма (Р = 500…800МПа); 2 – элемент питания; 3 – вода; 4 – шпур (скважина); 5 – заряд взрывчатого вещества; 6 – детонирующий шнур.
Рис. 9 Способ электромагнитного разрушения.
Закрытый способ разработки грунта.
Прокалыванием укладываются трубы в суглинистых и глинистых грунтах исключающих наличие гравия, щебня и валунов (в песчаных грунтах этот способ менее эффективен). При прокалывании происходит уплотнение грунта вокруг образовавшегося ствола (см. рис. 10). При прокалывании грунта сразу же прокладываемой трубой ее диаметр составляет от 50 до 500мм.
Рис. 10 Прокладка труб методом прокалывания.
1 – насосная установка; 2 – рабочий котлован; 3 – приемный котлован; 4 – приямок для стыковки труб; 5 – прокладываемые трубы; 6 – направляющие рамы; 7 – удлинительный патрубок; 8 – гидродомкраты; 9 – упорные плиты; 10 – упоры свайные.
Основной недостаток данного способа состоит в отсутствии наружной изоляции трубы. На трубу насаживают и приваривают конический наконечник с диаметром, для уменьшения сил трения, на 20…25мм большим наружного диаметра трубы. Кроме этого на наконечнике высверливают отверстия диаметром 3…5мм, через которые под давлением 1…2атм подают воду, которая размывает и смачивает грунт. Также могут применяться вибронаконечники.
Для прокалывания используют гидравлические домкраты. Производительность работ составляет в среднем 5-12м в смену. Для прокладки труб с изоляцией (только в связных грунтах) прокол выполняют при помощи уширителей на штанге. Уплотненный грунт ствола имеет достаточную прочность, которая препятствует обрушению. В противном случае вслед за уширителем прокладывают железобетонные кольца.
Подготовительные работы включают: устройство рабочего и приемного котлованов длинной, соответственно, 8-13м и 1,5-2,5м; устройство упора из шпал или железобетонных блоков с металлической плитой; устройство приямка для сваривания наращиваемой трубы; укладку и закрепление направляющих из прокатных профилей с целью задания проектного уклона; установка и закрепление домкратов; укладку на направляющие первого звена трубы и крепление на ней насадки.
Прокол состоит: установка удлинительного патрубка длинной 1м между домкратом и вдавливаемой трубой; предельное вдавливание трубы; снятие давления, путем включения домкрата на обратный ход; замена 1м удлинительного патрубка на 2м; повторное выполнение всех операций при 3м и 4м длине удлинительного патрубка; наращивание прокладываемой трубы с проверкой качества сварного соединения; в дальнейшем давление вдавливания передается через приваренную трубу с повторением всех предшествующих операций; вместо удлинительного патрубка также используется шомпол-труба меньшего диаметра, короче вдавливаемой трубы на длину рабочего хода домкрата с отверстиями 50-60 мм для установки шпилек;
После окончания прокола срезают наголовник в приемном котловане. Для облегчения прокола иногда предварительно бурят лидерные скважины.
Сущность метода продавливания заключается в горизонтальном вдавливании стальной трубы с открытым концом диаметром от 529 до 1620 мм в песчаные или мало связные грунты, с периодическим или непрерывным удалением грунта, который при этом заполняет трубу ручным или механическим способом (см. рис. 11).
Рис. 11 Прокладка труб методом продавливания.
1 – масляный насос; 4 – приямок для стыковки труб; 5 – прокладываемые трубы; 6 – направляющие рамы; 8 – гидродомкраты; 10 – упоры свайные; 15 – шомпол; 18 – нажимная балка; 19 – наголовник; 20 – отверстия для штырей; 21 – открытый торец трубы.
Длинна горизонтального ствола может достигать 80м. Для продавливания используют гидравлические домкраты, количество которых зависит от диаметра трубы и свойств грунта. Данным способом прокладывают , как рабочие неизолированные металлические трубы, так и трубы-кожухи с последующей укладкой рабочих труб из возможных различных материалов.
Подготовительные работы включают в себя: откапывание рабочего котлована, размеры которого должны быть больше на 2-3м по длине и на 1-2 м по ширине габаритов трубы предназначенной для продавливания. Дальнейшие подготовительные работы ни чем не отличаются от способа вдавливания.
Продавливание отличается от способа прокола лишь тем, что усилие на продавливаемую трубу передаются через шомпол со штырями на наголовник, который одевается на конец трубы не осуществляющий продавливание. Из-за этого цикл продавливания увеличивается по сравнению с циклом прокола за счет времени снятия и одевания наголовника и извлечения из трубы грунта. Грунт из трубы удаляется в основном вручную укороченной лопатой с тележкой или роликовым совком. Наиболее эффективно применение способа гидромеханизации, при котором воду подают к забою по трубам диаметром 38мм под давлением 2-4 атм. Пульпа самотеком стекает в приямок, откуда ее откачивают насосом.
Метод горизонтального бурения заключается в одновременном бурении горизонтальной скважины и прокладки в ней трубы (см. рис. 12). Диаметр прокладываемых труб составляет 100…1000мм. Длинна проходки от 20 до 45 м в песчаных грунтах и до 100м в связных. Поступательное усилие вдавливания и направление вдавливания передается через свай при помощи лебедок. Широко используется способ гидромеханизации.
Рис. 12 прокладка труб горизонтальным бурением.
2 – рабочий котлован; 5 – прокладываемая труба; 10 – сваи; 22 – буровая коронка; 25 – двигатель; 26 – полиспаст; 27 – лебедка; 28 – трубоукладчик; 29 – роликовая опора; 30 – шнек.
Вибропрокалывание пневмопробойниками используется в связных и несвязных грунтах при наличии в них камня, кирпича, обломков деревьев и т.д. при прокладке труб диаметром до 400 мм. Применение пневмопробойников также эффективно при замене старых труб (пневмопробойник располагают в торце трубы и выдавливают ее с противоположной стороны без вскрытия грунта). В пневмопробойнике создаются продольные колебания за счет ударника, находящегося в корпусе под действием сжатого воздуха, подаваемого по резиновому шлангу от компрессора. Пневмопробойник может сам образовывать уплотненный ствол в связных грунтах, забивать стальные трубы или кожухи, затягивать асбестоцементные трубы и т.д.
Щитовая проходка применяется при устройстве протяженных тоннелей диаметром до 5 метров на глубине до 25 метров – в несвязных и малосвязных грунтах. Последовательность выполнения работ можно разбить на три стадии.
Первая стадия (подготовительная) состоит в устройстве монтажной (начальной) шахты для опускания оборудования, подвода к забою электроэнергии, сжатого воздуха, воды и т.п., а также устройства вентиляции.
Вторая стадия включает в себя 1) разработку грунта в забое под прикрытием щита, 2) сборку обделки, 3) продвижение щита, 4) нагнетание цементного раствора за обделку.
Конструкция щита представлена на рис. 13, и состоит из режущей части (выполненной в виде режущего козырька препятствующего обрушению грунта во внутрь), системы домкратов предназначенной для вдавливания щита в грунт и хвостовой части позволяющей под прикрытием осуществлять монтаж сборной обделки. Домкраты упираются в собранную обделку выработки и позволяют корректировать направление проходки. Удаление грунта из забоя осуществляют при помощи ленточных транспортеров, а на поверхность его поднимают в бадьях или вагонетках. Сразу после устройства очередного кольца обделки, не допуская осадки породы, в заборное пространство нагнетают цементный раствор под давлением 5…6 атмосфер.
Третья стадия заключается в прокладке коммуникаций и устройстве постоянной обделки. Средняя скорость проходки за смену составляет 1,5…6 метров.
Рис. 13. Щитовая проходка. а) схема щита; б) размещение домкратов; в) схема щитовой проходки.
1 – нож; 2 – гидродомкраты; 3 – сборная крепь (тюбинги); 4 – золотниковый переключатель; 5 – ленточный скребковый конвейер; 6 – вагонетки; 7 – мотовоз; 8 – шахта.
Штольневая проходка выполняется при устройстве относительно коротких, но глубоких выработок (см. рис. 14). С этой целью устраивают опускные шахты, через которые подают необходимые механизмы и материалы, а также извлекают на поверхность разрабатываемый вручную в забое грунт. Средняя скорость проходки составляет 1…1,5 м в смену в зависимости от размеров штольни и типа грунта.
Рис. 14. Прокладка труб в штольне.
8 – шахта; 13 – кран; 14 – дорога; 15- крепление штольни; 16 – труба; 17 – тележка.
Буровзрывной способ
Буровзрывной способ широко применяется при устройстве тоннелей, в том числе и при устройстве Челябинского метрополитена (дальнейшие материалы представлены по реальным технологическим картам Тоннельного отряда №16).
Конструкция двухпутевого железнодорожного и перегонного тоннеля Челябинского метрополитена с возведением двухслойной обделки из монолитного бетона представлены на рис.15.
Рис. 15. Общий вид обделки двух путного железнодорожного тоннеля.
1 – наружный слой обделки тоннеля; 2 – постоянная обделка тоннеля; 3 – обратный свод (лоток) обделки тоннеля.
Преимущество однопутных тоннелей при строительстве метрополитенов заключается: в уменьшении в 2 раза горного давления на отдельную выработку из-за расстояния между тоннелями 15…25 м; в улучшении проветривания тоннелей за счет поршневого действия подвижного состава; в возможности пуска отдельных тоннелей.
Сооружение тоннелей осуществляется в следующей последовательности:
— проходка тоннеля буровзрывным способом с раскрытием забоя на полное сечение с устройством временной крепи;
— на расстоянии около 50 м возводят стены постоянной обделки тоннеля из монолитного бетона на высоту 1,9 м;
— с отставанием 100…500 м выполняют свод постоянной обделки;
— обратный свод (лоток) обделки тоннеля возводят по окончании сооружения свода по всей длине возводимого участка тоннеля;
— первичное нагнетание цементно-песчанного раствора за монолитную бетонную обделку тоннеля.
Такая организация работ позволяет комплексно механизировать все основные процессы строительства тоннеля и добиться сооружения 30 м готового тоннеля в месяц.
Проходка тоннеля
Бурение шпуров для размещения зарядов ВВ составляет 40…60% времени проходческого цикла. Буровой агрегат представляет собой самоходную двух ярусную раму портального типа, передвигающуюся по рельсам. Агрегат оснащен пятью манипуляторами, на которых установлены бурильные молотки (см.рис.16). Кроме этого, для устройства арочной крепи на верхней площадке бурового агрегата установлена технологическая тележка.
Рис. 16. Укладка бетонной смеси в наружный слой обделки тоннеля и бурение шпуров в забое.
1 – бетоновод; 2 — бурильные машины бурового агрегата; 3 – буровой агрегат; 4 – гидроцилиндр технологической тележки; 5 – технологическая тележка для установки арочной крепи; 6 – пневмобетоноукладчик ПБУ-5; 7 – автобетоносмеситель СБ-92.
В качестве сопутствующих процессов выполняют наращивание трубопроводов для подачи сжатого воздуха и воды, силовых и осветительных кабелей, железнодорожных путей и вентиляции.
Величина одной заходки составляет 2 м. Цикл работ рассчитан на 40 ч (см.табл.2). Разбросанный взрывом грунт окучивают бульдозером, перемещая его к забою. Используя породопогрузочную машину ПНБ-3д (см.рис.17), грунт загружают в автосамосвалы, на транспортер или в вагонетки. В это время у места стоянки бурового агрегата осуществляют сборку арок с установкой их на технологическую тележку, заготовку опалубки и крепежного оборудования.
График производства работ по проходке тоннеля взрывным способом.
| Наименование работ | Смены |
| Окучивание грунта после взрыва | |
| Погрузка грунта породоуборочной машиной | |
| Монтаж арок на технологическую тележку | |
| Бурение шнуров с установкой анкеров | |
| Установка арочной крепи | |
| Укладка бетонной смеси нарушенной обделки | |
| Бурение шнуров | |
| Зарядка шнуров | |
| Взрывание и проветривание |
После уборки грунта, выравнивания подошвы тоннеля укладывают рельсы для перемещения бурового агрегата. Буровой агрегат у забоя приводят в рабочее состояние (вывешивание на гидравлические опоры, подключение коммуникаций), после чего бурят шпуры глубиной 1,5 м под клиновые анкеры для крепления арочной крепи. Общий вид арочной крепи представлен на рис.18.
Рис. 17. Погрузка грунта.
1 – арочная крепь; 2 – деревянная опалубка из отдельных досок; 3 – наружный слой обделки тоннеля; 4 – породопогрузочная машина; 5 – автосамосвал; 6 – клиновые анкера для крепления арочной крепи.
Рис. 18 Арочная крепь.
1 – арка из двутавровой балки №30; 3 – стяжные болты; 4 – наружный слой обделки тоннеля; 5 – клиновые металлические анкера для крепления арочной крепи; 6 – уголок для устройства опалубки из досок; 7 – деревянная опалубка; 8 – торцевая опалубка из досок; 9 – швеллер крепления торцевой опалубки; 10 – болт для крепления уголка к арке; 11 – болт для крепления швеллера к арке.
Бетонную смесь за опалубку подают пневмобетоноукладчиками ПБУ-5 равномерно с обоих сторон тоннеля от подошвы к своду при одновременном наращивании опалубки стен, свода и торца. Одновременно с этим осуществляют бурение шпуров под закладку ВВ. В качестве ВВ используют аммонит. По окончании заряжания шпуров и монтажа взрывной сети буровой агрегат отгоняют от забоя на безопасное расстояние. Взрывание — электрическое с применением электродетонаторов короткозамедленного действия (ЭДКЗД). После взрыва выполняют проветривание забоя вентиляторами ВМ-12 по металлическому коробу 1500-1000 мм, проложенному по подошве тоннеля с одной стороны. Далее цикл по проходке повторяется. Временная обделка тоннеля из фибронабрызгбетона.
Источник
